結構物的增強材料、增強結構及增強材料的設計方法

專利名稱：結構物的增強材料、增強結構及增強材料的設計方法
技術領域：
本發明涉及結構物的增強材料、增強結構及增強材料的設計方法。
背景技術：
一直以來，關于以在增強對象的構件的表面附近或內部設置增強材料為特征的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(1)鋼筋埋入混凝土的母材中的所謂鋼筋混凝土，(2)螺栓、釘等打入母材，(3)在混凝土構件內部設置高強度的鋼棒，并對該鋼棒等引入張力，(4)卷上鐵板的所謂卷鐵板法，(5)采用炭纖維、芳族聚酰胺纖維等中浸漬環氧等樹脂的所謂連續纖維增強材料等。
關于以在相鄰構件的外周表面上設置增強材料為特征的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(6)開設孔和切口，并穿入該空隙，(7)將連續纖維增強材料的纖維一次捆扎起來穿入空隙后再打開等。
關于以在壁等的扁平構件的表面設置增強材料為特征的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(8)在金屬板上開孔和用貫通構件的金屬等的棒約束增強材料，(9)捆扎構件端部的連續纖維增強材料的纖維，并固定在該構件端部或相鄰構件上等。
關于增強材料以圓筒狀形成、并在內部充填有充填材料的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(10)采用鐵制的增強材料在內部充填混凝土，用作柱等。
關于在構件的外周多層地設置多個增強材料的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(11)分別沿構件的縱、橫方向重疊地設置連續纖維增強材料等。
關于在構件的外周部設置帶狀增強材料的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(12)盤繞構件地設置帶狀(tape狀)的鐵板、連續纖維增強材料等，(13)沿母材的裂紋呈帶狀地注入環氧樹脂，(14)在構件的表面用環氧粘結劑或固定螺栓等設置帶狀的鐵板等。
關于在構件的接合部的外表面設置增強材料的結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(15)采用鋼制套管、粘貼連續纖維增強材料等。
關于浸漬樹脂的增強材料料結構物的增強結構、增強材料、增強方法有(16)在碳纖維、芳族聚酰胺纖維等中浸漬環氧樹脂的所謂連續纖維增強材料。
上述(4)～(14)是關于在母材的表面和增強材料之間不產生錯位、剝離等而直接傳遞剪切應力的增強方法、增強結構。例如，假設鋼筋混凝土制構件的剪切增強效果與剪切增強鋼筋有同樣的機理，其設計公式是將增強量、表示增強材料的物理性質和增強效果的系數代入剪切增強鋼筋的公式中。另外，即使(3)和(15)，大多也是在增強材料和母材之間灌涂樹脂等來直接傳遞剪切應力。還有，所謂母材是指構成作為被增強物的構件的材料，即為設置增強材料的對象。
因而，要想發揮增強效果的前提條件是母材必須完整、并使增強材料和母材不發生錯位、剝離等進行粘結，保證該前提條件的設計和施工管理是必須的。
在上述(1)～(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)、(15)中采用的鋼筋、鋼棒等以及鐵板等增強材料自身具有彎曲剛性及剪切剛性，在母材局部要產生較大應變的場合，存在增強材料不能隨之變形，母材將局部破壞、或增強材料產生局部屈曲和龜裂，從而失去增強效果的問題。
(12)和(16)中，采用浸漬樹脂的連續纖維的場合，由于在增強材料自身具有彎曲剛性及剪切剛性的基礎上，通過浸漬樹脂的作用進一步對增強材料增加彎曲剛性和剪切剛性，因此，存在與上述同樣的問題。并且，上述材料在設計上雖根據只有抗拉剛性的假設構成計算公式，但實際上，因增強材料自身的彎曲剛性和剪切剛性的影響，因而存在因屈曲、局部屈曲等失去增強效果的問題。
此外，上述(5)、(7)、(9)、(11)、(16)中采用碳纖維、芳族聚酰胺纖維等材料，其斷裂應變是2％～幾％，在母材的轉角、凹凸不平等處易于破損。因此，不僅在施工上必須加以考慮，還存在因外力的作用在母材上產生龜裂等的場合，因增強材料局部坡裂，從而使增強效果大幅度地下降或喪失之類的問題。
有關上述(1)～(15)的增強方法、增強結構，構件或是連接的、或是扁平的，在構件表面有凹凸的場合，由于要在構件上開設孔等以使增強材料貫通，因此費時費錢，并且對于使端部固定和貫通的增強材料，必需要有特殊的加工和工具。
上述中，用于固定增強材料的板、棒等和捆扎連續纖維的材料等(以下，稱為固定材料)是具有與增強材料的基本部分不同的結構和剛性的材料，從而出現增強材料和固定材料及固定材料和母材之間的應力傳遞的臨界值成為增強效果的臨界值這一問題。
并且，由于母材能夠承擔在固定材料的固定部產生的應力成為條件，所以，會有在母材性能退化并強度下降、或者預測將來將要退化的場合不能使用這樣的問題。
另外，使鋼棒具有張力的方法、結構會有以下問題用于混凝土等蠕變顯著的材料的場合，因蠕變增強材料的張力下降，長期時效失去增強效果；由于地震等突發性外力的作用固定部遭到破壞的場合，張力急劇釋放、增強材料向外飛出，有對周圍造成災害的危險。
因此，就上述(1)～(16)而言，設置增強材料的工期長，需要專門的人員、施工費用高。并且會如下的問題，即可適用的母材如鋼筋混凝土等被限于能夠做成平滑表面、使增強材料和母材貼緊、可形成使剪切力局部地傳遞的結構的材料。
(16)的碳纖維等中浸漬環氧樹脂的所謂的連續纖維增強材料，其強度、楊氏模量等增強設計上重要的材料常數是在纖維材中浸漬樹脂的狀態下被定義的。將這種增強材料固定到結構物上如日本特開平8-260715號公報所記載的那樣如下進行。
(1)清潔結構物表面的污跡和預先修復龜裂等的破損部(2)涂敷底涂劑(3)向該表面均勻地涂敷環氧樹脂等強力粘結劑(4)拉伸增強材料的同時緩慢且覆蓋該表面地進行盤繞(5)向增強材料的表面再次涂敷該粘結劑并浸漬
(6)規定天數的養護后，為對增強材料進行紫外線防護涂敷適當的涂料等。
如上進行增強材料的固定，工序如上所述較多，以及由于第1次粘結劑涂敷后，直到粘結劑的硬化反應完全結束之前都不能進行第2次粘結劑涂敷(硬化反應時產生氣泡留在增強材料內部、增強材料強度退化)等，到完成為止需要很多日。
此外，由于浸漬工序是在現場進行的，因此，必須要有嚴格的施工管理，而且在外力作用下樹脂和連續纖維之間還會產生剝離，或者樹脂硬化不佳，在因環境條件而劣化的場合，作為增強材料存在設計性能大幅度下降的問題。
進而，構件的形狀如帶壁柱那樣有起伏和凹凸的場合，如設置窗框等的柱那樣，增強構件與其它構件和非結構構件相接合或極為靠近的場合，不能得到足夠的增強效果。并且，因構件和增強材料、增強材料和外界的作用，增強材料有退化的可能性。進而，有從小范圍的變形直到大變形都必須要有增強效果的場合。

發明內容
本發明鑒于上述問題，其目的在于提供一種結構物的增強材料、增強結構及增強材料的設計方法，可適應母材的表面狀態(有凹凸場合、扁平的場合等)、母材的種類(鋼筋混凝土、木材等的結構材料、預制件、磚等的非結構材料等)等，并可實現迅速且廉價地提高增強效果。
本發明第1方案的增強材料，是通過織造而具有高延展性及高彎曲性的織造體，設置在結構物構件或構件邊界部的表面或內部，對上述構件進行增強，其特征在于上述織造體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為1％以上。
上述織造體的楊氏模量最好是上述構件的楊氏模量的2分之1至20分之1，特別優選5分之1至10分之1。上述織造體的楊氏模量最好是500～50000Mpa。特別優選1000～10000Mpa。
上述織造體的厚度最好是0.2～20mm，特別優選0.5～15mm，更加優選1～10mm。
構成上述織造體的絲的材料最好是聚酯(纖維)。
上述織造體的彎曲變形角度最好是大于或等于90°，剪切變形角度最好是大于或等于2°。
上述織造體最好是通過熱定形使臨界狀態的楊氏模量比即將斷裂前的楊氏模量大。熱定形處理是加熱并施加張力后，按施加張力原狀進行冷卻的處理，由此，可提高增強材料的初期剛性、楊氏模量等。同樣地，也可進行浸漬樹脂等的處理的樹脂浸漬處理。
該增強材料，上述臨界狀態的延伸應變最好是在0.1％至10％的范圍內的值。
本發明第2方案的增強材料，其是由具有高延展性及高彎曲性的橡膠系或樹脂系的彈性材料形成的帶狀體或片狀體，設置在結構物的構件或構件的邊界部的表面或內部，對上述構件進行增強，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。
上述帶狀體或片狀體的楊氏模量最好是上述構件的楊氏模量的2分之1至20分之1，特別優選5分之1至10分之1。上述帶狀體或片狀體的楊氏模量最好是500～50000Mpa，特別優選1000～10000Mpa。
上述帶狀體或片狀體的厚度最好是0.2～20mm，特別優選0.5～15mm，更加優選1～10mm。
上述帶狀體或片狀體的彎曲變形角度最好是大于或等于90°，剪切變形角度最好是大于或等于2°。
另外，如果滿足上述條件，增強材料可以是通過在現場對構件噴涂、涂敷等形成的樹脂、橡膠系材料、纖維增強的灰漿等。這時，材料費雖然比聚酯織物等要貴，但與現有的增強結構、方法、材料相比，增強效果和價格比有利的場合要多。由這些材料的應力應變關系求出設計最終狀態等臨界狀態的楊氏模量及斷裂應變、斷裂應力等，通過后述的計算方法可確定所需的增強量(增強材料的厚度等)及構件的性能。
本發明第3及第4方案的結構物的增強結構的特征是通過將上述第1方案及第2方案的增強材料固定在由構成結構物的構件的至少1種材料形成的母材的表面或內部，或者固定在構件的邊界部的表面或內部，從而對該構件進行增強。
這此增強結構中，最好是預先求出將來會在上述構件上產生的間隙的寬度、長度，使此求出的間隙處在約束有效范圍內將上述增強材料固定在上述構件上。
作為上述母材可列舉含有至少一種下面的材料(1)混凝土；(2)鋼筋；(3)磚；(4)預制件；(5)石膏板；(6)木材；(7)巖石；(8)土；(9)砂；(10)樹脂；(11)金屬；上述固定例如用粘接劑進行。上述增強材料或構件上涂敷的粘結劑層的厚度最好是增強材料的厚度的5～90％，特別優選20～40％。
上述固定是通過粘接劑層將增強材料設置在上述構件后，通過施加按壓力或打擊力進行，這時，雖然粘結劑的一部分進入增強材料內，但此后的增強材料部分的空隙率，為織造體時最好是1.1以上，為帶狀體或片狀體時，最好是1.4以上。
粘結強度最好低于構件及增強材料的剝離剪切斷裂強度。由此，可防止在固定的剝離發生前，由于構件及增強材料斷裂所出現的增強材料的增強效果的消失。具體地，粘結強度最好是涂敷粘結劑的構件的表面的剝離剪切斷裂強度的10～80％。
上述粘結劑最好是單質性無溶劑粘結劑。
增強材料向構件的固定可無須進行構件倒角加工、打磨(フクリ)調整。
采用第3及第4方案的增強結構中，構件上產生間隙后，該間隙附近的增強材料仍形成并保持覆蓋間隙附近構件表面的包絡面，成為跨過間隙傳遞作用于構件的應力的傳遞媒介部(傳遞應力的橋梁)。并且，作為該傳遞媒介部的包絡面通過間隙附近的增強材料的伸長、間隙附近的固定的剝離等而形成。即，作為媒介部的包絡面通過因間隙發生而解除固定的自由區間的增強材料的彈性伸張等而形成。
母材是構成被增強材料的構件的材料，是固定增強材料的對象物。根據構件的所要求的性能、功能等選定母材的形狀、材質等。母材的材料無論一般的結構構件、一般的非結構構件、充填材料等、形狀、種類。母材例如有混凝土、鋼筋、磚、預制件、石膏板、預制混凝土、木材、巖石、土、砂、金屬、樹脂等的粒狀物。母材也可由多種材料構成，在增強對象的材料和增強材料之間充填樹脂等，將這些增強對象的材料及充填材料也可作為母材。
間隙是構件上產生的龜裂、裂紋等，也稱為裂紋(Crack)。構件隨間隙發生變形時，由于間隙附近的增強材料和構件之間產生錯位，而增強材料并不發生破壞在構件的間隙周圍形成包絡面，這便成為橋，跨過間隙傳遞構件的應力。也就是說，在未產生間隙的構件和增強材料的邊界面，即由固定部傳遞剪切力。還有，包絡面通過間隙周圍的增強材料的伸長、固定的解除(剝離)、周圍的固定等而形成。
增強材料對構件表面的固定通過以下方法進行將粘結劑涂敷在構件和增強材料的邊界面的一部分或全部的方法；增強材料彼此粘結或用機械的方法閉合，將構件的一部分包入封閉的增強材料的內部，因構件的變形增強材料中產生張力，使構件和增強材料之間產生摩擦力、支撐力的方法等。
在構件的使用期間，構件和增強材料的邊界涂敷的粘結劑必須在構件的環境條件下持續發揮將增強材料固定在構件上所需的足夠的粘結強度。這里所需的粘結強度不必達到構件或增強材料斷裂時的強度，因此，可使用單質性的粘結劑。并且，也可將粘結劑預先涂敷于增強材料上并保存起來。這種場合下能夠迅速地設置增強材料。
固定區間是表示增強材料固定的區間。自由區間是表示增強材料的固定解除(剝離等)的區間。后述的設計方法中，用稱為約束率的數值來表示固定區間和自由區間的大小的比。
固定強度、固定范圍定義如下在構件產生拌隨間隙的局部破壞的場合，在增強材料和構件的有限區域(自由區間)產生錯位，但增強材料不發生破損，可通過增強材料跨過間隙傳遞構件的應力的強度及范圍。但是，所謂固定強度是指在固定部作用于增強材料和構件之間的粘結強度、最大摩擦力等。
構件產生間隙以后的構件的載荷和變形的關系是構件的參數、構件的邊界條件、間隙的位置和大小，以及增強材料的楊氏模量、厚度等和隨該間隙而產生的自由區間的大小的函數。所以，基于構件產生的間隙的大小(間隙寬等)的臨界狀態下的值(許用值)、增強材料的伸長可忽略的區間(固定區間)的大小、增強材料的伸長區間(自由區間)的大小等可計算出增強材料所需的強度、所需的楊氏模量、所需量(所需設置范圍、所需厚度等)及所需的固定強度等。
計算增強材料的所需量采用的楊氏模量是在間隙的大小達到許用值的臨界狀態時、與該增強材料產生的應變對應值(臨界狀態值)。因此，作為增強材料的彈性的性質，上述臨界狀態下的楊氏模量比對應于即將斷裂前的應變等、其它應變的楊氏模量大的話，會有增強量既少又可達到要求這樣的有利點。
增強材料的設置范圍不一定必須是構件表面的全部，也可以是構件表面的一部分。這時，增強材料的設置要使其形成構件的外周方向的包絡面，即平滑地從外面相接的面的一部分。
還有，增強材料的設置范圍由構件所要求的性能、形狀、增強材料的固定方法來決定。例如，在多個構件相鄰接的場合，既可設置成包含相接部分的包絡面，也可設置成在相接部開孔、切口等以便增強材料貫通。另外，對于壁等這樣扁平的構件，既可單面設置，也可兩面設置，使增強材料貫通開設的貫通構件的孔等并閉合。
具有上述增強結構的構件既可在現有結構物的構件上設置增強材料，也可作為新設的結構物的構件加以利用。這時，由于與現有方法相比減少了構件的尺寸和重量，所以，地地震載荷與之相應減少，結構物的建設費用顯著降低，并可顯著地擴大居室空間等的可利用空間。
如上所述，根據本發明可廉價并且快速地制成韌性和承載力優良的構件、增強材料等。利用本發明的增強材料的效果對已有的結構物的修補、增強等是有效的，并且在新設的結構物中也可利用。在上述任一場合中，與原有方法相比可減少為滿足所規定的性能所需的費用、工期等。進而，作為對原有構件難于處理爆炸等突發性外力的安全裝置，可采用本發明的構件、增強材料等。構件的主要要素作為增強材料設置在外周面上，因此能廉價并且容易地制成構件，并且可實現構件性能的提高。另外，通過老化或受災的結構物的再利用，在實現已有結構物及產業資源的有效利用的同時，也可削減產業廢棄物等。
另外，本發明的結構物的增強結構、抗震構件及增強方法適用于下述場合要增強的構件上有起伏和凹凸的場合；與其它構件和非結構構件接合、或極其接近的場合；由于構件和增強材料、增強材料和外界的作用增強材料有可能退化的場合；小范圍的變形到大范圍的變形都必須有增強效果的場合；及需要抗震增強的場合等。


圖1是設置增強材料5的構件1的立體圖。
圖2是圖1的A-A剖面圖。
圖3是設置增強材料5的構件1的立體圖。
圖4是設置增強材料5的構件1的立體圖。
圖5是表示構件1的載荷及變形的關系圖。
圖6是表示構件1的周向應變與變形的關系圖。
圖7是被間隙分割的構件的立體圖。
圖8是圖7的構件的軸垂直剖面的切片的立體圖。
圖9是表示增強材料的應力應變關系圖。
圖10是表示無增強模型柱的載荷和變形的關系圖。
圖11是表示SRF增強模型柱的載荷和變形的關系圖。
圖12是表示正向峰值載荷和變形的關系圖。
圖13是表示構件周向延伸應變和變形的關系圖。
圖14是設置增強材料的帶壁柱的立體圖。
圖15是圖14的帶壁柱的剖面圖。
圖16是圖14的帶壁柱的剖面圖。
圖17是增強后的H型構件143的立體圖。
圖18是增強后的中空構件149的立體圖。
圖19是表示增強后的構件181的截面的一部分的圖。
圖20是表示構件181的載荷變形關系的曲線圖。
圖21是表示聚酯帶199的俯視圖。
圖22是表示用帶狀增強材料201增強的柱205的例子的立體圖。
圖23是表示用帶狀增強材料201增強的柱205的例子的立體圖。
圖24是圖24所示的柱205的主視圖。
圖25是圖23至圖25所示的柱205的表面附近的剖面圖。
圖26是表示帶狀增強材料201和裂紋215的有效粘結長度的關系圖。
圖27是受軸向力和彎曲及剪切作用的柱205的概要圖。
圖28是表示要擴張柱205上產生的裂紋215的力的圖。
圖29是表示柱205的變形圖。
圖30是表示柱205的水平力Q和位移遲滯的包絡線圖。
圖31是表示柱205的水平位移、垂直位移、水平力的關系圖。
圖32是表示柱205的復原力特性關系圖。
圖33是表示柱205的累積水平位移∑δh和遲滯吸收能W的關系的圖。
圖34是圖34的詳細圖。
圖35是表示累積水平位移∑δh和垂直位移δv的關系圖。
圖36是表示在柱261和梁263的接合部設置連續增強材料269a、269b的狀態的立體圖。
圖37是表示在柱261和梁263的接合部設置帶狀增強材料271a、271b的狀態的立體圖。
圖38是表示設置連接用增強材料269b等的柱261和梁263的接合部的截面圖。
圖39是表示增強量設計的流程圖。
圖40是表示增強量設計的流程圖。
圖41是表示增強的構件的累積變形和遲滯吸收能的關系圖。
圖42是表示浸漬樹脂的增強材料料及未浸漬樹脂的增強材料料的拉伸應力應變的關系圖。
圖43是表示試驗體的各參數(實驗參數)、載荷條件、實驗值、SRF增強效果等的圖。
圖44是用于說明間隙寬度和增強材料伸長量的關系圖。
圖45是用于說明SRF增強結構的增強材料的張力和構件的相對位移的關系圖。
具體實施例方式
下面，根據附圖，對本發明的實施例進行詳細說明。
圖1是設置本發明實施例的增強材料的結構物的構件的立體圖。圖2是圖1的A-A剖面圖。圖3是設置增強材料的構件的立體圖，是對形狀的約束進行說明的圖。
如圖1、圖2和圖3所示，構件1由母材3、增強材料5等構成。增強材料5以包絡母材3的表面的一部分的形態設置(參照圖1)、或者以封閉母材3的一定部分(周圍等)的形態設置(參照圖3)。
母材3是構成被增強材料的構件1的主要材料，是固定增強材料5的對象物。母材3的形狀、材質等根據構件1的所要性能、功能選定。母材3是鋼筋混凝土等的結構材料、預制件、磚等的非結構材料、砂、粒狀樹脂等的充填材料等。
在母材3的表面上的增強材料5具有跨過母材3上產生的龜裂、裂紋等的破斷面(以下稱之為間隙)、承受母材3的應力的功能。
為發揮上述功能，第1實施例的增強材料5由具有伸展性(高延展性及高彎曲性)和強度以及兼具彈性的織造體構成，并設置在結構物的母材的表面或內部而對上述母材進行增強，上述織造體有以下特征其楊氏模量小于或等于上述構件(母材)的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。在構件是由多種主要的母材(材料)形成時，其中具有最小楊氏模量的材料的楊氏模量作為母材的楊氏模量。
如上所述，本增強材料具有高延展性及高彎曲性，即具有高伸展性。高延展性表示斷裂應變較大。另外，高彎曲性表示容易產生較大的彎曲變形和剪切變形(高柔性)，且不發生斷裂。
由于增強材料具有高延展性，當母材發生變形，即使產生間隙、凹凸等，增強材料也不發生斷裂并能夠約束該母材，因此，能夠保持增強效果。
另外，增強材料由于具有高彎曲性，從而，可容易地彎曲成銳角等。因此，能夠沿著有凹凸的構件的外周表面設置增強材料，在因載荷而變形后，仍能按照母材的曲率、并沿母材的轉角等形成固定部。
進而，增強材料為了按照母材周長的變化通過產生張力發揮形狀約束效果，以及為了適應循環交變載荷，必須要具有彈性。并且，增強材料的剛性最好是應變發生初期時比即將斷裂之前更大。
本發明中，將構成增強材料5的織造體的楊氏模量定為等于或小于構件1的楊氏模量的理由是在構件1因作用于母材3的載荷而發生變形或者龜裂的情況下，增強材料要隨之發生變形時，則作用于增強材料和母材3的界面的應力變小，界面上發生剝離的臨界變形增大。另外，上述拉伸斷裂應變定為10％以上的理由是在針對地震等的突發載荷進行結構物的設計時，通常將設計極限定作是構件產生2～4％左右的變形，而且，將局部應變集中系數設為5，如果斷裂應變為10％以上，則可以認為在該設計極限下增強材料將不發生斷裂。從實驗結果來看，在將斷裂應變為幾％的芳族聚酰胺纖維等的增強材料粘結于構件表面上時，在構件的載荷試驗中，觀察到增強材料的斷裂，與之相反，在用具有10％以上的斷裂應變的SRF增強材料進行增強時，未觀察到增強材料斷裂。
與此相反，在上述特開平8-260715號公報所公開的增強材料中，所用的芳香族聚酰胺纖維的楊氏模量和斷裂應變是以原值使用的，其楊氏模量為80000～120000Mpa、拉伸斷裂應變為2.5～4.5％。此外，在作為實際的增強材料使用時，芳香族聚酰胺纖維強化的環氧樹脂材料在較大的范圍內都存在不能隨著構件變形而立即剝離的問題。順便提一下，混凝土的楊氏模量為20000Mpa左右，木材的話，青岡櫟等堅硬材料為10000Mpa左右。
上述織造體的楊氏模量最好是上述母材楊氏模量的1/2～1/20，特別優選1/5～1/10。如果楊氏模量在上述范圍以下時(即，值太小時)，為了獲得所要的增強量，就要增加其厚度，從而不經濟，并且，像后面說明的那樣，剝離臨界延伸率(δ1，圖44、圖45)增大，增強效果的產生延遲，從而，構件的損傷增大。
順便提一下，增強材料5的具體的楊氏模量的值最好是500～50000Mpa，特別優選1000～10000Mp。
上述的織造體的拉伸斷裂應變最好是構件的拉伸斷裂應變的3～5倍。如果應力集中系數設為3～5，可避免構件的局部斷裂。
上述織造體的厚度最好是0.2～20mm，特別優選0.5～15mm，更優選1～10mm。從要獲得所期望的性能和操作容易考慮，最好是上述范圍。
構成上述織造體的絲的材料最好是聚酯(纖維)。
對于上述織造體，其彎曲變形的角度最好是90°以上，剪切變形角度最好是2°以上。
對于上述織造體，最好通過熱定形使臨界狀態下的楊氏模量比即將斷裂前的楊氏模量大。
對于本增強材料，上述臨界狀態下的延伸應變最好是0.1％至10％的范圍內的值。
第2實施例的增強材料是由具有高延展性及高彎曲性的橡膠系或樹脂系的彈性材料制成的帶狀體或片狀體、并設置在結構物的母材的表面或內部、增強上述母材的材料，并具有下以特征上述帶狀體或片狀體，其楊氏模量等于或小于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。
上述帶狀體或片狀體的楊氏模量最好是上述母材楊氏模量的1/2～1/20，特別優選1/5～1/10。順便提一下，在為該帶狀體或片狀體的增強材料的場合，其具體的楊氏模量的值最好是500～50000Mpa，特別優選1000～10000Mpa。
上述帶狀體可片狀體的厚度最好是0.2～20mm，特別優選0.5～15mm，更優選1～10mm。
對于上述帶狀體或片狀體，其彎曲變形的角度最好是90°以上，剪切變形角度最好是2°以上。
第2實施例的增強材料的以上系數與上述第1實施例的增強材料的場合同樣地選定。
本發明第3及第4實施例的結構物的增強結構，其特征是通過將上述第1及第2實施例的增強材料固定在由構成結構物的構件的至少1種材料構成的母材的表面或內部，對該母材進行增強。
在這些增強結構中，最好預先求出在上述母材中將要產生的間隙的寬度、長度，并使該求出的間隙處在約束有效范圍內而將上述增強材料固定在上述母材上。
換言之，在構件1中，將增強材料5相對于母材3固定。即，將增強材料5和母材3相互約束地進行設置。這種約束結構大致區別為2種。第1種結構是粘結約束，第2種結構是形狀的約束。
第1種結構的粘結約束，例如圖2所示，是通過用粘結劑11將增強材料5粘結在母材3上來實現的。這種情況下，即使由于出現間隙而產生粘結分離區域(以下，稱之為自由區域)后，只要與周邊粘結的部分存在，粘結約束就會繼續存在。
涂于上述增強材料或母材上的粘結劑層的厚度最好是增強材料厚度的5～90％，特別優選20～40％。
就上述固定而言，在通過粘結劑層將增強材料設置在上述母材上后，通過對其施加按壓力或打擊力，這時，雖然粘結劑一部分進到增強材料內，但此后增強材料的空隙率，在織造體的場合，最好是1.1以上；在帶狀體或片狀體的場合，最好是1.4以上。這樣，在粘結劑的硬化反應中產生的氣體可較好地從粘結劑層或增強材料中釋放出來，其結果，粘結層內不出現氣泡，同時，也沒有粘結不良、膨脹、浮起等，可發揮初期的粘結能力。對這些空隙率沒有特別給出上限，最好是2～3左右。
粘結強度最好低于上述母材的強度。粘結強度等于或高于上述母材的強度時，伴隨著作用于增強材料的張力的產生和粘結的解除，構件發生破壞時，就會在大范圍內立即失去增強效果。粘結強度最好是涂敷粘結劑的母材的表面的剝離剪切斷裂強度的10～80％。粘結強度超過上述范圍時，在將增強材料拆除時，會破壞構件，另一方面，未達到上述范圍時，則不能得到所要求的增強效果。具體說來，粘結強度最好是1～2N/mm2左右。順便提一下，混凝土的剝離剪切斷裂強度是3～5N/mm2左右。
與此相反，在上述特開平8-260715號公報所公開的增強材料中，即使浸漬用環氧樹脂作為粘結劑發揮作用，在對混凝土結構物進行增強時，粘結強度達到上述的母材強度以上，也產生如上所述的問題。
就上述粘結劑而言，雖說只要滿足上述條件什么粘結劑均可，但最好是單質性無溶劑粘結劑。作為該單質性無溶劑粘結劑，列舉了例如環氧·氨基甲酸乙酯系無溶劑濕氣硬化型粘結劑。這種粘結劑優點是無臭氣、無需間隔時間(open time)、壽命長等。
增強材料對母材的固定可在無需母材的倒角加工、打磨(フクリ)調整的情況下進行。與此相反，在上述特開平8-260715號公報所公開的增強材料中，由于主要使用芳香族聚酰胺纖維作為纖維，實際上必須有R＝10mm或以上的倒角。還有，在使用碳纖維作為纖維的場合，必須有R＝20mm以上的倒角。
另外，本增強結構中，如上所述由于上述固定不需要大的粘結強度，所以也可不進行底涂處理和固定后的錨定。通過整周固定，在剝離后仍可進行形狀約束而保持增強效果。
另外，既可在現場通過將粘結劑11涂于增強材料5上進行粘結，也可預先將粘結劑11涂于增強材料5上并保存至粘結時。還有，本增強結構中，粘結剝離時，由于還剩有粘結層，所以不會破壞母材3或增強材料5。
實現粘結約束的場合，如圖1所示，在從構件1的增強范圍(粘結約束有效范圍7)向外側擴大的范圍內(增強材料設置范圍9)設置增強材料5。根據構件所要求的性能、功能等確定粘結約束有效范圍7。粘結約束有效范圍7也可以是構件1表面的一部分。在這種場合下，將增強材料5設置成形成構件1的周向的包絡面，即設置成形成平滑地從外面相接的面。
例如，如圖3所示的第2種結構的形狀約束，增強材料5彼此粘結，并通過以封閉母材的規定的部分(周圍等)的形式設置增強材料來實現。在這種場合下，母材3和增強材料5在形狀上被連接起來，并相互約束。
即，閉合的增強材料的延長隨母材的變形而改變，并在增強材料上產生張力。當沿母材的曲率和轉角設置增強材料時，在增強材料和母材之間因上述的張力而產生摩擦力、支承力等，從而，帶來對母材和增強材料的相互變形的約束力。如圖14所示，在沿母材的轉角粘結增強材料的場合等，在轉角部位，粘結面的支承力因增強材料的張力而提高，所以，可以期待獲得粘結強度增大的形狀約束的效果。
形狀約束雖根據母材3的形狀、增強材料5及母材3的相對位置關系等改變，但即使母材粉碎，增強材料5仍能夠一直保持到斷裂為止。另一方面，當母材粉碎、且粘結強度低于后述的一定值時，粘結約束將消失。
接下來，對增強材料5的效果的定量化(增強效果模型)進行敘述。圖4是表示設置增強材料5的構件1的一部分的立體圖，表示增強材料5對產生間隙13的母材3進行彈性約束的狀態。間隙13是母材3上產生的龜裂或裂紋等。間隙寬15(d)是間隙的寬度。
構件1一旦發生變形，間隙13附近的增強材料5和構件1表面上就出現應力集中，從而，增強材料5便從構件1的表面剝離。下面，將該剝離區域稱為自由區間19，將與增強材料5的寬23(Δw)相關的部分的自由區間19的長度稱為自由長(a)。在實現粘結約束或形狀約束的區域，增強材料5及構件1相互約束。
下面，將該約束區域稱為約束區間21，將與增強材料5的寬23(Δw)相關的部分的約束區間21的長度稱約束長(b)。當產生自由區間19時，固定長(s)由約束長(b)減少了自由長(a)的量。該場合下，在增強材料5和母材3之間，固定長(s＝a-b)的區間(固定區間)上作用有粘結力、摩擦力等的剪切力18。嚴格說來，雖然伴隨著自由長的增大約束區域也能增大，但在下面的計算中，作為安全側的近似，將其忽略。
關于圖4中的寬23(Δw)、約束區間21(約束長(b))的部分的增強材料5，將母材3的表面與未剝離的增強材料5之間作用的剪切應力18的平均值記為τf、增強材料5的自由區間19內的張力17記為q、楊氏模量記為Ef、厚度記為t。由于在固定區間內張力17與剪切應力18的合力平衡，所以，下面的關系式成立。但是，假設增強材料為彈性體，則由于固定長部分的延伸率比自由區間的延伸率小，因此將其忽略。
q=dEftΔwa=(b-a)τfΔw---(1)]]>從公式(1)中消去a，并用tΔw除，將增強材料5的拉伸應力記為σf，則得到下面的關系式。
σf2-btτfσf+dtEfτf=0---(2)]]>利用σf的實根條件，則可知間隙寬d在0(zero)與dmax=b2τf4Eft---(3)]]>之間。
對于某一間隙寬d，雖有兩個σf解，當假設產生的是較大的值時，σf的最大值σfmax、最小值σfmin如下。
σfmax=btτf---σfmin=0.5σfmax---(4)]]>σfmax是當間隙寬d＝0，即構件1的表面上的間隙13即將產生時的應力。σfmin是間隙13擴大至間隙寬d成為公式(3)的dmax的值時的應力。對應公式(1)和公式(3)得出的σfmin，自由長(a)為約束長(b)的1/2。當間隙寬d要超過dmax時，公式(1)在力學上便不成立，而且直到由于形狀約束等引起的再約束產生為止自由長(a)會急劇擴大。
構件1的包絡線(包絡面的周圍)的長度(以下稱為周長)L的變化，可假定為橫切該周的間隙寬的合計值d的變化，所以，周應變φ與沿周向計算的間隙寬的合計值d之間存在下面的關系式。其中，L0是間隙發生前的周長。
d＝φL0(5)另外，如果假設增強材料5只是在增強材料5和構件1之間的固定被分離的自由區間(自由長a)之間伸長，則著眼于設置成形成包絡面的增強材料5的伸長量，可以得出周應變φ和增強材料應變εf之間的關系式。
aL0=φϵf---(6)]]>這里，由于a/L0為表示約束的程度的指標，所以，以下稱之為約束率。
由增強材料5的應變(εf)及楊氏模量(Ef)，增強材料5的張力17(σf)可計算如下。其中，在增強材料的楊氏模量依存于應變而變化的場合，采用切線楊氏模量。
σf＝εfEf(7)假設構件1在循環載荷作用下粉碎后可近似為粒狀體，則下面的關系式成立。其中，B是增強材料間距離(截面的寬)、σ3是粒狀體的約束壓。
σf=B2tσ3---(8)]]>公式(8)中，利用粒狀體的主應力σ1與約束壓σ3間的關系，便可得到下面的關系式。其中，ψ是內部摩擦角。
主應力σ1的大小可近似為軸向壓縮狀態下壓縮力除以受壓截面積所得的商，但是，在有剪切力作用的場合，必須將其影響包括在內進行計算。
公式(3)～公式(7)或公式(9)給出了增強材料的張力與伴隨構件的間隙的變形及固定力的關系。進而，由于可認為伴隨間隙的變形表示母材的損傷程度，所以，可得出母材的損傷與增強材料的張力(或應變)間的關系。
上述的模型并未選定間隙13的種類。即，該模型可適用于由彎曲、剪切等的力學因素、溫度、干燥、膨脹、退化等的材料因素中任一因素引起的間隙13。根據該模型，特別是在與由剪切產生的間隙13(剪切裂紋、剪切斷裂面等)交叉的方向上設置增強材料5的場合，可以對該間隙13的周邊進行彈性約束，將剪切變形控制在有限值內，并可保持構件1的韌性。
另外，上述的模型未選定母材3的種類。母材3可以是鋼筋混凝土、鋼骨鋼筋混凝土、鋼骨架、磚、預制件、石膏板、預制混凝土制品、木材、石料、砂、樹脂等建筑材料，另外，可也以是現有的結構構件、非結構構件、新設置的材料。
另外，增強材料5的設置范圍(增強材料設置范圍9)只要比與龜裂或間隙13相關的約束區間21(約束長(b))對應的區域(粘結約束有效范圍7)大即可，也可以是構件1的表面的一部分。參照圖1，在增強材料設置范圍9之內，粘結約束有效范圍7的區域成為有效范圍。
此外，根據公式(3)、公式(4)，增強效果雖在形式上與粘結強度成比例地增加，但當粘結強度接近于母材3和增強材料5的總強度時，在自由長(a)產生以前，由于母材3或增強材料5發生局部斷裂，增強效果消失，所以，必須將粘結強度控制在母材3和增強材料5在上述過程中不發生斷裂程度的強度。
另外，為了實現上述模型，伴隨著構件1的間隙13的產生和擴大，由于在龜裂或間隙13附近和構件1的角等處產生的應力集中，增強材料不發生斷裂成為實現模型的條件，所以，增強材料5必須具有伸展性(大的斷裂應變)。因而，碳纖維、芳香族聚酰胺纖維等的彈性系數及斷裂強度雖較大，但斷裂應變較小的材料比不上第1實施例及后述的其它實施例的增強材料等。
另外，母材和增強材料之間的粘結層的一部分破壞后，由于增強材料仍能發揮其性能成為條件，所以，以用樹脂將碳纖維等固定、并在母材表面沒有浮起和皺褶的狀態下粘結的結構為前提定義性能的連續纖維增強材料比不上第1實施例及后述的其它實施例中的增強材料。
進而，為了發揮對因循環交變載荷間隙13或張開或閉合進行控制的效果，增強材料5必須要具有彈性。
接下來，就構件1的性能的定量化(構件性能模型)進行敘述。通過對母材的性能添加增強效果，可將構件的力學性能、耐久性等定量化。下面的說明中，以下述情況為例進行說明，即構件1的母材3是由鋼筋混凝土制成的棒狀構件，該母材3用增強材料5增強，并受循環的剪切作用。
如前面對增強效果模型的說明的那樣，對構件1上施加循環的剪切力，剪切間隙發生后，還可通過增強材料5越過該間隙傳遞剪切力，發生彎曲變形并保持韌性。增強材料的5的反作用力直至達到公式(4)的σfmin之前，可由上述的粘結約束來承擔，但以后，由上述的形狀約束來承擔。
進而，由于循環的載荷作用，母材3破壞加劇，當構件1的力學性質處于可近似為由彈性體覆蓋表面的粒狀體(密布的砂等)的狀態時，剪切屈服點隨變形增大而增大。因此，如后面對圖5、圖12所作的敘述，剪切載荷變形關系有2個極值。
圖5是示意地表示上述載荷及變形的關系圖。橫軸表示構件1的變形(角變形)，縱軸表示作用于構件上的載荷。曲線25的形狀通過Qmax1、αQmax、Qmid、Qmin、Qmax2、R1～R5這10個參數來描述。Qmax1是載荷的初期最大值、αQmax是臨界狀態(設計最終狀態等)下的載荷、Qmin是載荷的最小值、Qmid是粘結約束結束轉變為形狀約束時的載荷、Qmax2是增強材料5斷裂或構件1的變形達到極點不再能承載時的載荷。R1～R5分別對應于Qmax1、αQmax、Qmid、Qmin、Qmax2。另外，臨界點27(Qmin、R4)是構件1因載荷而粉碎作為粒狀體開始動作的臨界點。
圖6是表示構件1的周向應變及變形的關系圖。橫軸表示構件1的變形(角變形)，縱軸表示構件1的周向應變。構件1表觀的體積變化，即包絡面的體積變化由周向應變(構件1的軸垂直方向截面的周長應變)及軸向應變(構件1的軸線應變)來表示。周向應變φ與圖5所示的載荷及變形的關系的變化相對應，如曲線29所示變化。
圖6的(R1、φ1)、(R2、φ2)、(R3、φ3)、(R4、φ4)、(R5、φ5)分別對應于圖5的(R1、Qmax1)、(R2、αQmax)、(R3、Qmid)、(R4、Qmin)、(R5、Qmax2)。
周向應變，直到R3隨著粘結剝離、自由區間19的擴大而慢慢地擴大；從R3至R4的范圍內，由于形狀約束而幾乎為一定值；超過R4時，由于構件1作為粒狀體發揮作用而再次開始增加。另外，軸應變也與周向應變同樣地變化。
下面，就實驗驗證結果進行說明。雖然是對作為柱等的構件進行說明的，但構件并不限于柱。
圖7表示由增強材料37增強的構件31的寬39(H)的部分被結構上的間隙41(間隙寬43(d))分成構件片33和構件片35，且兩端受剪切力45(Q)作用的狀態。增強材料37設置成形成構件31的周向的包絡面，即設置成平滑地從外面相接的面。剪切力45在各截面上通過增強材料37在構件片33及構件片35之間傳遞。
圖8是圖7的構件的軸垂直截面(厚度47(ΔH))的立體圖。在構件31(構件片33及構件片35)、增強材料37上作用有剪切力、增強材料拉伸應力51(σf)、混凝土、鋼筋等的拉伸應力53(σcs)等。該剪切力中，通過增強材料37從構件片33的上面向構件片35的下面傳遞的剪切力作為傳遞剪切力49(ΔQf)。雖未圖示，但與該傳遞剪切力同樣大小且方向相反的剪切力也從構件片35的上面向構件片33的下面傳遞。
下面，在不失一般性的情況下，為簡單起見將上述張力53(σcs)等假定為0(zero)，構件片33的上面與下面的剪切力的差為傳遞剪切力49(ΔQf)。對于構件片35也同樣。
厚度47(ΔH)作為無限小時，可忽略重力和以厚度方向的長度為力臂的力矩。另外，為簡單起見，假設沒有分布載荷，增強材料37只受拉伸應力51的作用。并且，就傳遞剪切力49(ΔQf)而言，假定前面與里面的拉伸應力51(σf)是相等地作用于于增強材料37上，且設ΔQf/ΔH為一定，則由平衡式可得出下面的關系式。
σf=Qf2Ht---(10)]]>其中，t是增強材料37的厚度，Qf是從剪切力45(Q)中扣除由混凝土、鋼筋等傳遞的剪切力后所得的值。如果增強材料37的楊氏模量設為Ef，則增強材料應變εf可由下式表示。
ϵfσfEf=Qf2EfHt---(11)]]>接下來，用設置增強材料的構件的性能實驗結果來表示上述增強材料的效果。實驗以設置上述增強材料的RC柱(SRF增強模型柱)及無增強的RC柱(無增強模型柱)為對象進行(SRFSoft Retrofitting for Failure(缺陷的軟修改))。下面表示了實驗的概要。
○約束柱頂和柱底的轉動，施加軸向力和循環剪切力。
○通過載荷點移到柱的中央的剛性構架，在柱頂施加水平力。
○通過位移控制，給予變形角為400分之1～4正負各2次，接著，400分之6、8、16、24、32、48、64各正負1次，最后為加力裝置的極限的900分之200。
另外，對軸向力改變及軸向力一定的14種條件進行實驗。其中用軸向力一定的9種條件的結果對上述的SRF增強材料的性能進行定量的評價。
圖43是表示軸向力一定的9種情況的試驗體的各參數(實驗參數)、載荷條件、實驗值、SRF增強效果等的圖。
圖10是表示無增強模型柱(條件8)的水平載荷和變形(位移)的關系(復原力特性)的圖。橫軸表示變形(位移，δ(mm))，縱軸表示水平載荷(Q(kN))。變形角為0.6％(1/166)時，最大載荷達到237kN(Qmax)，在變形角超過1.5％的循環中，無增強模型柱變得不能支持軸向力(η＝0.3)。
圖11是表示SRF增強模型柱(條件9)的水平載荷和變形(位移)的關系(復原力特性)的圖。橫軸表示變形(位移，δ(mm))，縱軸表示水平載荷(Q(kN))。增強是通過厚度(t)為4mm的聚酯織物的增強材料粘結于模型柱構件的周圍而進行的。并且，增強材料的物理性質如圖43所示。粘結強度約為1Mpa。
變形角為0.9％時，最大水平載荷達到258 kN(Qmax)，直到變形角超過4.0％，水平載荷保持在最大水平載荷的80％(0.8Qmax)以上直到變形角超過4.0％。當假定0.8Qmax為設計最終狀態時，最終的韌性率(μ)為μ＝6。在此后的載荷循環中，峰值載荷慢慢減小，在400分之64達到極小(峰值加權的極小點61)，在接下來的循環中，峰值載荷增加。
圖12是表示關于圖43所示的軸向力一定的9種條件下，每個加力循環的正向水平載荷峰值和變形(位移)的關系圖。橫軸表示變形角(R(％))，縱軸表示每個加力循環的正向的最大水平載荷(峰值載荷)。圖中的數字是圖43所示條件的序號參照圖11，在全部增強條件中(條件2、3、5、9、13)，能夠判斷出極大點(極大值Qmax)、極小值(Qmin)、明顯的斜度變化點(變化點的峰值加權Qmid)。例如，在條件9下，能夠判斷極大點63、極小點65、斜度的變化點67。另外，條件2是增強量較小的條件，與其它條件相比R4(極小點的變形角)較小。
基于上述的極大點、極小點、斜度的變化點，計算出這些條件下的Qmid/Qmax、Qmin/Qmax，并表示于圖43中。Qmid∥Qmax與公式(4)的理論值0.5基本一致。并且，Qmin從Qmid中只減少了1成左右。因此，能夠證明上述增強材料的效果的定量化(增強效果模型)的妥當性。
圖13是表示構件周長延伸應變和變形的關系圖。橫軸表示變形角(R(％))，縱軸表示構件周長延伸應變(φ(％))。沿以等間隔設置在試驗體的周圍的5根測線進行了測量，各測線的延伸率基本一樣，從而，能得到證明公式(10)的妥當性的結果。這里，通過繪出平均值曲線作成圖13。
參照圖12及圖13，可知每個循環的峰值載荷的變化和周向應變的變化，與先前示意地表示的圖5及圖6同樣，具有極高的相關性。即，根據先前圖7及圖8中說明的機理，最大載荷Qmax以后的剪切力基本上由增強材料來承擔。
這樣，根據至此說明的增強的效果的定量化模型、設置增強材料的構件的性能的定量化模型等，可以進行設計計算。
接下來，為進行比較，將設計最終狀態設為0.8Qmax，根據土木學會的方法，計算由公式(12)定義的、表示增強效果的指標(增強效率)K。
S＝Sc+Ss+KSs(Af，ffud)(12)其中，S是增強后的剪切強度，Sc和Ss分別是從混凝土強度等、剪切增強筋等計算出的剪切強度，Ss(Af、ffud)是將增強材料截面Af及增強材料強度ffud轉換成SRF增強材料的值。圖43表示了計算出的K(增強效率)。
另外，根據建筑學會的連續纖維增強的設計施工指南的方法，反推計算出增強材料的設計強度σfd。圖43中表示有該設計強度σfd對SRF增強材料斷裂強度σfmax之比(增強效率σfd/σfmax)。另外，在以上的計算中，通過從韌性率求出剪切冗余度，可算出增強后剪切強度S。并且，所有條件下的屈服變形角均假定為1/250。
對于Fc＝13.5MPa的條件，兩種方法(K、σfd/σfmax)的增強效率幾乎是一致的，約為0.2。另外，對于Fc＝18MPa的條件，能斷定增強效率有上升的傾向，特別是后一種方法(σfd/σfmax)中，該傾向較顯著。這可以認為是由于將增強效果作為增強量的平方根進行評價所產生的。順便提一下，對于增強效率K，有這樣的報告碳纖維為0.8至1.0，芳香族聚酰胺纖維為0.4左右的實驗值。
在本實驗中，雖然得到約為0.2這一比上述的傳統施工法和鋼筋(為1.0)更小的值，但這是由于所說的增強材料的楊氏模量較低的材料上的不同，以及伴隨有增強材料和母材間的剝離和錯位這種方法上、結構上的不同所引起的。
用公式(5)～公式(11)，從周長的實測值計算出設計最終時(0.8Qmax)的周向應變等的值的結果表示在圖43中，最終周向應變(φ2)的實測值在0.2％～0.4％之間，構件內部的損傷等級(level)可以說是與碳纖維增強等的傳統方法的等級相同。
從實測的剪切載荷(Q)計算出增強材料應變(εf)(參照公式(11))、從該增強材料應變(εf)及實測的周向應變(φ)計算出約束率(a/L0)(參照公式(6))。并且，在圖43中表示有該約束率(a/L0)。約束率(a/L0)表示自由長(a)與周長(L0)的比。
該實驗例中，實驗體受來自一個方向的剪切力作用。這里，在與剪切力的方向平行的面內產生間隙，粘結約束完全解除，轉變為形狀約束的場合，假設正方形截面上全周內2面抵抗約束時，約束率(a/L0)理論上為0.5。
參照圖43，條件3、5中，約束率(a/L0)＜0.5，條件9、13，約束率(a/L0)＞0.5。因此，設計最終時的變形角R2為1～2％的條件3、5時粘結約束仍然有效，但變形角R2為4～6％的條件9、13時，可以說其粘結約束解除，并完全地轉變為形狀約束。
以上，如對實驗結果進行分析的那樣，證實了先前說明的有關增強材料效果模型(增強效果模型)、設置增強材料的有關構件的性能模型(構件性能模型)等的有效性。另外，上述的數值是實驗值，在實際設計中使用時，必須采用考慮離散的安全系數。
下面，對確定本發明的增強材料的材質、厚度、設置范圍等(設計增強材料)的有關方法進行說明。
圖39、圖40是表示用本發明的方法進行構件增強時的增強量設計的流程圖。用圖39、圖40的流程圖對確定增強參數的方法進行說明。
如圖39所示，首先，確定結構物的重量、形狀、性能等臨界條件(步驟301)。同時確定作用于結構物上的突發性外力的振幅、周期、持續時間、能量等(步驟302)。進而，確定作用于結構物上的突發外力中，由鋼筋、混凝土等母材來承擔的部分(步驟303)。
接下來，在結構物和構件為新設時等要確定構件參數的場合(a)，考慮從步驟301至步驟303中的確定事項并確定構件參數(步驟304)。可以利用通常的結構設計計算方法或者其它的增強指南來確定構件參數。
下一步，確定用本方法承擔的自重等的正常載荷和突發外力(步驟305)。即，確定以本發明的方法、結構、材料承擔的突發性外力的種類、性質和大小(振幅、周期、持續時間、能量)。這可設定為是從步驟301確定的]、認為結構物在其使用期間受到的突發性外力的能量，去掉以本發明的方法增強材料以外可承擔的突發性外力的能量(步驟303確定的、由母材承擔的部分等)后的部分。因此，在新設時的結構設計中考慮采用本發明的增強的場合，可考慮采用本增強、及合理選擇構件參數以節省構件的材料。
另外，用增強材料對現有的結構物和構件進行增強時等、不用確定構件參數的場合(b)，從步驟302、步驟303中確定的事項來確定步驟305的內容。該場合也可以設定為從認為是結構物在其使用期間受到的突發性的外力去掉以本發明的方法增強以外所承擔的突發性外力后的部分。
進而，計算作用于構件上的截面力的振幅和能量(步驟306)。即，從由步驟302確定的突發性外力的種類、性質和大小計算作用于被增強的構件、包含其它構件的構件上的截面力(剪切力、軸向力、彎矩等)及構件的變形(剪切應變、軸向應變、彎曲應變等)的振幅及大小。同時，計算結構物全體的突發外力產生的位移振幅和振動能量(步驟307)。
對于步驟306、步驟307，嚴密說來可通過考慮如圖40所示那樣的考慮了被增強的構件和其它構件的復原力特性的有限元法、框架解析法等的結構解析計算進行計算。作為簡化方法，如以通常的結構設計進行的那樣，可將結構系統簡化，并可設定能量規則等的假設來進行上述計算。與原來的計算比較若除去作為對象的變形范圍較大外，可采用與復原力明確的構件的結構設計相同的要領進行上述計算。
接著，確定增強構件的增強量和復原力特性、軸向應變的關系(步驟308)。通過步驟306、步驟307的計算確定步驟308的內容。這時，一般地如圖40中的虛線所示，從步驟310通過步驟308，步驟306及步驟307之間的反饋是必須的。
于是，確定結構物在地震等的突發性外力作用后的性能·使用性·可修復性等的臨界條件(步驟309)，將此與步驟307計算出的結構物的位移振幅和振動能量相比較，確定增強參數(步驟310)。
即，將從步驟306至步驟308計算出的結構物的變形與從步驟309確定的地震等的突發外力作用后以什么形式使用結構物的條件求出的許用變形量進行比較，確定增強參數。這時，也要考慮由步驟301確定的結構物的重量、形狀、性能等的臨界條件。
關于大地震等，如在步驟309中有不發生破壞即可這樣的條件，則許用變形可取得大些。另一方面，如新干線的高架橋等那樣，即使是在大地震剛剛過后、變形一大有脫軌等危險的場合，還要對此進行考慮確定增強量。
另外，設計最終狀態是以與構件所規定的變形角相對應的承載力(強度)而給出的場合，可按下面的順序進行增強材料的設計。
<1>確定在設計最終狀態下構件具有的剪切強度Qu中由增強材料分擔的Qfu。
<2>用構件周邊上的間隙寬的合計值du表示構件的許用損傷，并換算成增強材料應變εfu。
<3>由Qfu和εfu及構件內部的應力分布、增強材料的楊氏模量Ef計算出增強量(厚度t)。
在以上的過程<1>～過程<3>中，可使用公式(5)～公式(11)，或者，使用根據構件的條件對這些公式進行變換的公式。其中，由于有可能在增強材料中局部地產生數倍于公式(11)所示的增強材料應變εf的應變，所以，在增強設計時對于斷裂應變必須采用足夠的安全系數。另外，在計算Qf時，雖然也可以扣除由母材傳遞的剪切力(由混凝土、鋼筋等傳遞的剪切力等)，但出于安全也可將這些扣除視為0(zero)。
并且，通過公式(8)、公式(9)，可以計算構件超過上述的設計最終狀態以后的構件的承載力。然而，在實際的設計中，如同一直以來進行的鋼筋混凝土構件的設計那樣，根據需要通過實驗確認構件的性能和增強量的關系。
還有，即使母材不是鋼筋混凝土等的結構構件，公式(5)～公式(11)仍然成立。所以，可以將一直以來被當作非結構材料的、例如磚、預制件等的材料作為母材制成結構構件。
可是，在與增強材料相比母材的剛性小時，由于在獲得增強效果之前母材上發生的變形增大，因此，有必要考慮該情況進行計算，從而設計會比上述的說明復雜。所以，如上所述在選定增強材料的材質時，要選擇楊氏模量比母材小的材料。但是，當楊氏模量過低時，如公式(1)、公式(3)及公式(11)所示，為了獲得所需的增強效果，由于必要的厚度增大，所以，最好選擇楊氏模量為母材楊氏模量的1/2～1/20，特別優選1/5至1/10左右的材料。
設計最終狀態下的增強材料的楊氏模量越大，則直到大的間隙粘結約束結構會發揮作用，并且可將母材的變形(周向應變)抑制在較小的程度。通過公式(3)及公式(11)可將該場合的母材的變形(周向應變)等定量化。
圖9是表示增強材料應力應變的關系圖。橫軸表示增強材料的應變(ε)，縱軸表示增強材料的應力(σf)。如上所述可求出增強材料的伸展性(大的斷裂應變)。這里，最好考慮圖9所示的應力應變關系的曲線，進行增強材料等的設計。
也就是說，在圖9的應力應變關系曲線55上，將增強材料的應力σfu與構件的設計最終狀態57的增強材料的應變εfu的比59(σfu/εfu)定為增強材料的設計最終時的楊氏模量Ef，最好在增強材料等的設計中采用該楊氏模量Ef、增強材料的斷裂應變εmax、斷裂應力(強度)σmax。
參照公式(1)～公式(9)，選擇滿足構件的所要性能的增強材料。在采用聚酯織物等作為增強材料的場合，通過對其加熱并施加張力后，在施加張力的原狀進行冷卻(熱定型處理)，或施加浸漬樹脂等處理(樹脂浸漬處理)，可使Ef比σfu/εfu大。所以，通過對增強材料施加上述的處理等，與不進行該處理的場合相比，作為增強材料可提高其效率(每單位厚度的增強效果)，并節省材料費。
下面，對構件是帶壁柱時的增強結構的例子進行說明。圖14是設置增強材料的帶壁柱的立體圖。帶壁柱由柱71、壁73構成。在增強材料設置范圍79內，沿柱71的周圍通過粘結設置增強材料75。增強材料設置范圍79比粘結約束有效范圍77大。粘結約束的有效范圍77是與所規定的約束長(b)相對應的范圍。可不設置用于設置增強材料75的貫通壁73的孔等。
至于粘結，可使用環氧·氨基甲酸乙酯系的單質性粘結劑(粘結強度τ＝1MPa)。增強材料75采用聚酯制的片材(楊氏模量Ef＝2100MPa、厚度t＝2mm)。
對于X方向的剪切力，假設在與其平行的面上產生間隙時，沿與X軸平行的周長所計的間隙寬的合計(d)到2mm為止的粘結約束是有效的約束長(b)，由公式(3)計算得出b＝183mm。設安全系數為2時，設計約束長(bd)約為40cm。
圖15是圖14的帶壁柱69的剖面圖。設計約束長(bd)與圖14及圖15的粘結約束有效范圍77相對應。
雖然將柱71的尺寸、增強材料75的強度、粘結劑的強度等代入公式(4)、公式(10)便可求出該帶壁柱69的剪切屈服強度，但如下所述，由于增強效果和形狀約束極限與增強材料是完整地形成在周圍的場合不同，所以最好根據需要通過實驗等進行確認。
另外，超過設計最終狀態，帶壁柱69粉碎時，粘結約束完全解除，轉為形狀約束狀態的復原力特性可通過公式(8)、公式(9)計算出來。
該場合下，增強材料75的應力在柱71及壁73的接合部分，在母材內部傳遞，所以，形狀約束結束極限((Qmax2，R5)，圖5)由增強材料75的強度、該部分的母材的強度中較小一方的強度決定。但是，即使帶壁柱69上開有孔等但不使增強材料75貫通時，形狀約束也可持續到該極限(Qmax2，R5)。
圖16是圖14的帶壁柱69的剖面圖。在柱71的周圍設置的增強材料75在柱71及壁73的接合面處開口，但該開口區間83的柱71的部分由設置該增強材料75的壁73進行約束。結果，柱71的整個周圍由增強材料75及設置該增強材料的壁73進行約束。該場合下，在形狀約束的有效范圍81中實現了形狀約束。
此外，即使只在壁等的構件的一面設置增強材料，也可獲得所要求的增強效果。并且，在已有的柱間將2塊預制混凝土板設置成平行壁狀，其間澆注混凝土，或充填砂等，再在其周圍設置增強材料可作為防震壁。
這樣，以上說明的增強結構中，由于是在構件等的增強對象表面的一部分，通過粘結設置具有所需的剛性及伸展性的增強材料，對該構件進行增強，因此，可對有起伏和凹凸的任意形狀的構件進行增強。并且，不必在增強對象的構件上開設用于設置增強材料的孔等。因此，可廉價、并且迅速、容易地進行韌性和承載力優良的結構構件制作及結構構件的增強等。
另外，由于通過上述的增強效果模型、構件性能模型等可進行增強材料的增強效果、設置增強材料的構件的性能等的定量化、評價等，所以，可根據增強對象來進行適當的增強材料的選定、設計等。
另外，如上述的增強效果模型、構件性能模型等所示，對第1實施例的增強材料及粘結劑等，可根據構件的材質、種類、已有、新設等選定有效的材料。所以，減輕了與具有所需性能的構件等的制作、具有所需的增強效果、和防震效果的增強材料的制作及設置等有關的勞動力的負擔、費用負擔，并且，可縮短工期。
另外，也可使用圖21所示的帶狀的聚酯帶199代替增強材料75。聚酯帶199的材質為用于吊繩等的聚酯系的纖維即可。土木片材(sheet)等增強用片材(sheet)的強度為每3cm寬500～1000kgf，聚酯帶199的強度為每5cm寬15000kgf左右。
接下來，對構件為H型構件的場合進行說明。圖17是增強后的H型構件143的立體圖。如圖17所示，H型構件143采用增強材料145和粒狀體的充填材料147來增強。
在H型構件143的周圍，留有空間以呈筒狀地設置片狀的增強材料145。H型構件143和增強材料145之間的空間中充填有粒狀體的充填材料147。增強材料145使用例如纖維系、橡膠系等的片狀材料。充填物147使用例如砂等的天然的粒狀體、樹脂等的人工粒狀體。
由于伴隨著能量損失發生變形的同時，粒狀體的充填材料147向增強材料145傳遞應力，因此，與原來的連續纖維、鐵板卷繞等的增強法不同，不必用樹脂、粘結劑固定充填材料147。由于施工上的理由等，即使在進行粘結和固定等的場合，也可以臨時固定到在通常的重量下及輕微的地震中能保持形狀的程度。。
這樣的增強結構除用于H型構件143以外，還可使用于截面形狀復雜的構件的增強。這種增強結構中，在假設構件伴隨著表觀的體積膨脹而也要變形時，粒狀體的充填材料147就將其向增強材料145傳遞，從而提高了增強效果。并且，采用例如無機系的耐火且熱容量大的材料，可通過熱來增加保護H型構件143的效果。
下面，對構件是中空的場合進行說明。圖18是增強后的中空構件149的立體圖。如圖18所示，中空構件149用增強材料145和粒狀體的充填材料147進行增強。
中空構件149的周圍表面呈筒狀地設置片狀的增強材料145。中空構件149的內部充填有粒狀體的充填材料147。增強材料145使用例如纖維系、橡膠系等的片狀材等。充填材料147使用砂等的天然的粒狀體、樹脂等的人工粒狀體。
粒狀體的充填材料147以填滿中空構件149的空隙為目的進行設置，由于伴隨著能量損失發生變形的同時向增強材料145傳遞應力，因此不必像原來的混凝土充填鋼管施工法那樣，對內部充填的混凝土等的材料進行固化。
該增強結構中，對中空形狀的構件進行增強時，通過將粒狀體的充填材料設置在內部來提高增強效果。充填材料147具有將中空構件149伴隨著能量損失的同時要發生斷裂時的表觀的體積膨脹向增強材料145傳遞的作用。用第6實施例的增強方法增強的中空構件的截面形狀不限于圓形。
還有，復合其它的增強結構也能適用于用充填材料147的H型構件143和中空構件149等的增強。
接著，對采用多個增強材料時的增強結構的例子進行說明。圖19是表示增強后的構件181的剖面的一部分的示意圖。圖19中，構件181用防護用增強材料183、增強材料185、增強材料187、防護用增強材料189進行增強。
構件181上，從內側依次設置防護用增強材料183、增強材料185、增強材料187、防護用增強材料189。為保護增強材料185、187、防護用增強材料189免受構件181的作用而設置防護用增強材料183。例如，構件181是析出堿的混凝土等的材料，在增強材料185、187、防護用增強189是耐堿性較低的聚酯纖維等的材料的場合，防護用增強材料183采用具有防止構件181的堿析出的效果的樹脂等材料。
防護用增強材料189是為防止因外界物質的作用使防護用增強材料183、增強材料185、增強材料187的性能退化而設置的。例如，防護用增強材料183、增強材料185、增強材料187為聚酯纖維制的片等的場合，因紫外線而容易退化，所以，防護用增強材料189使用環氧、氨基甲酸乙酯等的樹脂，防止內部的增強材料退化。也可將防護用增強材料189作為防火帶。
增強材料185和增強材料187對于構件181來說是有不同增強效果的材質。例如，增強材料187使用聚酯纖維等材料，而增強材料185使用樹脂和、纖維中浸漬樹脂等的材料。在這種場合中，增強材料187直到構件181的應變在較大的范圍(15％左右)發揮增強作用，而增強材料185在構件181的應變在較小的范圍(1％以下)內發揮增強效果。
在只用聚酯纖維增強構件181的場合，由于增強材料的楊氏模量比構件181的楊氏模量小，所以，在構件181的應變在較小的階段中要發揮增強效果就要具有一定厚度。然而，通過同時使用具有較大楊氏模量的樹脂和纖維中浸漬樹脂等的材料，用比只使用聚酯纖維的場合薄的增強材料，即使在構件181的應變在較小范圍(1％以下)內，也可發揮增強效果。另外，通過增強材料185與構件181或防護用增強材料183的表面直接粘結，在應變較小的范圍內可使增強材料發揮效果。防護用增強材料183是作為具有根據需要傳遞構件181的表面和增強材料185間的剪切力的功能的材料。例如，采用樹脂系的底涂劑等。
并且，通過改變獲得增強材料185和增強材料187的增強效果的機理，能夠在不同的載荷條件、變形范圍內發揮增強效果。例如，在由增強材料直接分擔構件181的剪切力的方法和約束構件181的表觀的體積膨脹的方法同時使用的場合等。
增強材料187可采用通過約束表觀的體積的膨脹發揮增強效果的材料和結構。為提高構件181的剪切屈服強度、承載力，增強材料185采用鐵板、碳纖維、芳香族聚酰胺纖維等。增強材料185直接傳遞構件181和增強材料185間的剪切力并分擔剪切力，從而對構件181進行增強。另外，作為增強材料185，可采用浸漬樹脂或全面涂敷粘結劑而提高了剛性的聚酯片或聚酯帶。在這種場合中，具有可對增強材料185和增強材料187進行連續施工的優點。
圖20是表示采用圖19所示的多層結構的增強方法時的構件181的載荷變形關系的曲線圖。圖20的縱軸表示載荷、橫縱表示變形。所謂該載荷為軸向力、彎矩、剪切力等的構件181的截面力，變形是對應于各載荷的變形、即軸向收縮、彎曲率、剪切應變等。與未進行增強的場合191的曲線相比，由采用多層結構增強的增強場合193的曲線可知，構件181對大范圍的變形具有承載力。
圖20是表示增強材料185和增強材料187的有效變形范圍不重合、在增強材料185的有效范圍195和增強材料187的有效范圍197間產生承載力的少許降低的一般的例子。通過使增強材料185和增強材料187的有效變形范圍重合可避免承載力的降低。
通過在周圍使用多層特性不同的增強材料的這種增強結構，能夠對于大范圍的構件的載荷條件、外界的環境條件發揮增強效果。還有，構件181不只是混凝土構件等，如圖17和圖18所示，也有充填有充填材料147的構件的情況。這種場合中，充填材料147選擇具有與防護用增強材料183同樣效果的材質，則可省掉防護用增強材料183。
此外，作為與構件181或防護用增強材料183的表面直接粘結的增強材料185，可使用如圖21所示的聚酯帶199等的、強度和剛性較高的帶狀增強材料。與聚酯片相比，由于聚酯帶199能以做成每單位寬度的楊氏模量較大的結構織成的，所以，可以作為在較小應變階段內發揮效果的增強材料185使用。例如，由寬64mm、厚4mm的聚酯帶199的制品的拉伸試驗結果可知，在2500kgf作用時的應變為2％。
在使用聚酯帶199作為增強材料185的場合，圖22至圖25所示的柱205與圖19的構件181相當。下面對圖22至圖25所示的、用聚酯帶199的增強方法進行說明。
圖21是聚酯帶199的俯視圖、圖22和圖23是表示用帶狀增強材料201增強的柱205的例子的立體圖，圖24是圖23所示柱205的正視圖。
首先，對圖22所示的增強進行說明。圖22中，以所規定的間隔、繞柱205外周設置多個帶狀增強材料201。繞柱205外周的帶狀增強材料201的端部彼此用機械的接頭、即以粘結、系緊用具的雙方、或任選一個進行連接。采用機械的接頭的場合，可在短期內獲得增強效果，適于震災剛剛結束之后的緊急增強等。另外，與構件軸向的帶狀增強材料203粘結，可獲得控制與此交差方向的裂紋的效果。
接下來，對圖23、圖24所示的增強進行說明。在圖23、圖24所示的柱205的表面無間隔地纏繞帶狀增強材料201。通過沿箭頭C的方向向對帶狀增強材料201施加張力的同時，沿箭頭D的方向進行纏繞，能夠提高增強效果。帶狀增強材料201與柱205直接粘結。另外，雖然沒有特別的必要在柱205的轉角部為避免纖維的斷裂進行倒角等，但通過將帶狀增強材料(未圖示)與構件的轉角部的邊平行地粘結，可獲得緩和邊的部分對增強材料的應力集中的效果。
如圖24所示，通過在柱205的上端部207和下端部211，帶狀增強材料201與構件的外周平行地卷繞，而在一般部分209進行螺旋狀地卷繞使其每繞一周前進一個帶寬度的量，能夠無間隙均勻地纏繞帶狀增強材料201。并且，通過改變卷繞的方向(向右卷、向左卷)設置2層、3層增強材料201，能夠提高增強效果。這時，在卷繞第1層后，通過全面地涂敷粘結劑，并在其上錯開半個寬度地卷繞第2層，能夠抑制帶狀增強材料201間的錯位。
用上述的卷繞方法為使增強材料與母材粘緊，增強材料必須能容易地承受柱的轉角以上彎曲、并能承受平行卷和螺旋卷的錯開角度以上的剪切。對于一般的柱，上述的彎曲角度及錯開角度分別為90度以下2度以下。如在以后的圖38中所述，在斜著交叉設置增強材料場合，最好采用承受剪切角大的增強材料。
圖25是圖22至圖24所示柱205的表面附近的截面圖。如圖25所示，帶狀增強材料201用粘結劑213直接粘貼在柱205上。
圖22至圖25所示的帶狀增強材料201可使用例如圖21所示的聚酯帶199。如先前所說明的那樣，聚酯帶199的材質是用于吊繩等的聚酯系的纖維。由于聚酯帶199比土木片材的剛性·強度高，所以，在要特別考慮對柱205的裂紋寬度的增大進行抑制、將表觀的體積變形控制在應變較小的范圍內時使用。
接下來，對柱205的應變在較小范圍、抑制裂紋寬度的增強的增強量的計算方法進行說明。圖26是表示帶狀增強材料201和裂紋215的有效粘結長度的關系圖。
在作用有彎曲、軸向力、剪切力等的構件發生局部破壞時，在構件的表面上產生裂紋215。圖26中，柱205的表面上直接粘貼有帶狀增強材料201的狀態下，產生裂紋215。帶狀增強材料201的帶寬219為w。在帶狀增強材料201上，每一根都作用有要擴張裂紋215的力q，即張力221。圖45中，由于帶狀增強材料201的效果，將裂紋寬217抑制在小于或等于d的程度。
在裂紋215附近有應力集中。以裂紋215為中心的寬度223(a)是由于剪切破壞粘結劑213或附近的構件表面喪失了粘結效果的部分的長度，以下稱之為自由長。另外，約束長225(b)是柱205的自然的約束長、從自由端開始計的長度。因此，帶狀增強材料201以固定長s＝b-a的長度與柱205粘結。
這里，約束長225在如柱205那樣的長方形截面的場合下是其一邊的長度，而在圓形截面的場合下是四分之一圓周的部分。該長度與帶狀增強材料201的帶寬219(w)相比大得多時，取實際上起作用的粘結力不為零的長度。
另外，在長方形截面的構件的某一面的中央附近有裂紋215的場合，約束長225也波及構件其它的面。
當帶狀增強材料201的剛性設為k時，自由長a、即寬223和裂紋寬217(d)、張力221(q)之間，存在下面的關系。
q＝kd/a (21)固定長s＝b-a內的帶狀增強材料201和柱205的平均剪切力設為τ時，其為τ＝q/(w·s) (22)從公式(21)、公式(22)消去自由長a時，張力221(q)和平均剪切力τ、裂紋217寬(d)之間，存在下面的2次關系。
在小于或等于最大裂紋寬dmax時，該關系中的q雖然有兩個解，但由于首先實現的是較大的解，所以在采用該關系時，對應于裂紋寬217(d)q在最大值qmax和最小值qmin之間。
qmax＝τwb (24)qmin＝0.5τwb(25)與最小值qmin對應的裂紋寬dmax為dmax＝τwb2/(4k) (26)當裂紋寬超過dmax時，公式(23)沒有解。即這樣的機理不成立。從以上的關系求出由帶狀增強材料201分擔要擴張裂紋215的力時的最大值qmax和最小值qmin，從而，能夠利用上述機理進行結構增強設計。公式(24)至公式(26)的值與柱205等的構件和帶狀增強材料201間的粘結力τ(平均剪切力)成比例。
在采用聚酯帶199等廉價、伸展性優良的材料作為帶狀增強材料201的場合，作為材料的楊氏模量約是混凝土的1/10、約是鋼的1/100。因此，即使采用平均剪切力τ大的粘結劑213進行粘結，不產生裂紋而彈性地分擔施加在構件的剪切力困難的。然而，在特別需要變形小的范圍內的增強效果的場合，在使聚酯帶等浸漬樹脂來提高增強材料的剛性的之后，采用環氧樹脂系的粘結劑。
聚酯帶199是采用以聚酯纖維形成的1700分特(dtex—デシテックス)的絲的橫向織兩層的織造體。楊氏模量為4676Mpa、厚度為4mm。斷裂應變為15％。此外，由于其比重為0.98、而聚酯原絲的比重為1.4，因此，以比重的比表示空隙率時，為(1.4/0.98＝)1.43。
柱205是鋼筋混凝土制成的，混凝土的壓縮斷裂強度為13.8Mpa(135kgf/cm2)、楊氏模量為19500Mpa，直接剪切強度約為2.6Mpa。無需進行倒角加工、打磨(フクリ)調整而直接設置增強材料。
粘結劑采用ト—ヨ—ポリマ—制的ルビロン(單質性)。粘結劑的厚度為1mm，粘結強度約為1Mpa(10kgf/cm2)。比重為1.4。雖然粘結劑一部分浸入聚酯帶199的織造組織并硬化，即使假設1mm厚的粘結劑將該帶的空隙全部填滿，但只要填滿不超過聚酯帶199空隙的約70％時，則增強材料的通氣性得到維持。ルビロン雖不是無溶劑型，但即使采用與其具有相同粘結強度的無溶劑型粘結劑，通過實驗可確認增強效果并無改變。
還有，關于上述特開平8-260715號公報所示的采用浸漬芳香族聚酰胺纖維增強的場合的增強效果，雖然與圖29同樣的方法的實驗結果在眾多文獻中有所介紹，但對于在圖30和圖32中進行本發明的增強的、如構件的載荷變形曲線243b所示的Qmin以后的載荷的增加其中并沒有報告，芳香族聚酰胺纖維增強材料在此之前以或者斷裂，或者從構件剝離而結束實驗。
在圖25的結構中，例如，帶狀增強材料201為寬64mm、厚4mm的聚酯帶199、柱205是約束長225是b＝30cm的鋼筋混凝土柱，采用ト—ヨ—ポリマ—制的環氧·氨基甲酸乙酯系粘結劑ルビロン作為粘結劑213。這時，平均剪切力τ＝10kgf/cm2，帶狀增強材料201(聚酯帶199)的帶寬219為w＝6.4cm、約束長225為b＝30cm，帶狀增強材料201(聚酯帶199)的剛性k＝153000kgf/cm2。
用公式(24)至公式(26)計算最大值qmax、最小值qmin、最大裂紋寬dmax時，最大值qmax＝1920kgf、最小值qmin＝960kgf、最大裂紋寬dmax＝0.12mm。
因此，實施這種增強時，可約束到最大裂紋寬直至dmax＝1.2cm，這時每根帶狀增強材料201(聚酯帶199)的張力221為q＝0.9tf。
圖27是受軸向力和彎曲和剪切的柱205的概要圖，圖28是表示要擴張柱205上的裂紋215的力的圖。下面，對在以圖24所示的方法采用聚酯帶199作為增強材料201予以增強的柱205上，在持續施加軸向力229(P)的狀態下，施加水平力，使彎矩231(M)、剪切力Q循環產生的場合的增強效果進行說明。
將柱205設想為一般的結構物的柱。其條件是在柱205的高度h的中間的高度(h/2)處水平作用有剪切力227(Q)、柱205的上端和下端不發生轉動地水平滑動。結果，柱205的內部在水平方向產生相等的剪切力(合力Q)和軸向力(合力P)。彎矩在上端部為M＝Qh/2、中間為零、下端部為-M。
當剪切力227(Q)達到由柱205的鋼筋、混凝土的狀態決定的最大剪切力Qmax時，裂紋215沿角θ237的方向產生。要將該裂紋沿水平方向擴張的力為作用于柱205上的剪切力227(Q)。可以認為由箭頭c233表示的范圍內的帶狀增強材料201來承擔此力。由于一根帶狀增強材料201的寬為w、一根的張力為q，所以，箭頭c233的范圍中的帶狀增強材料201的合力Q為Q＝q·2C/w。
但是，因為柱205是長方形的截面，所以，前面和背面共同發揮作用，故系數為2。再有，從圖28可知，箭頭233的長度C為C＝btanθ。一般地，雖然，即使是構件內部也承擔剪切力Q，但當超過聚酯帶發揮顯著效果的Qmax附近的變形時，假設幾乎全部的剪切力都由帶的張力承擔。
現在，假設角θ237＝45°，柱205的寬235為b(約束長)＝30cm。因此，與先前使用由公式(24)至公式(26)算出的聚酯帶199(寬64mm、厚4mm)時的最大值qmax、最小值qmin對應的水平力Qmax、Qmin為Qmax＝qmax2b/w＝18000kgf、Qmin＝qmin2b/w＝9000kgf。因此，在本增強的效果中，裂紋215的寬在不超過dmax＝1.2mm的范圍內，能夠保持9tf以上的水平抵抗力。
接下來，對無增強的柱205和采用上述的聚酯帶199(寬64mm、厚4mm)作為圖24所示的帶狀增強材料201增強的柱205，在圖27所示的條件下，實施由位移控制的水平循環加力試驗的結果進行說明。其中，柱205的混凝土強度為135kgf/cm2、軸方向鋼筋比為0.56％、剪切增強鋼筋比為0.08％，軸向力一定為37tf(軸向力比為0.3)。
圖29是表示柱205的變形的概要圖。設柱205的水平方向的位移為水平位移δh239、垂直方向的位移為垂直位移δv241時，由實驗可得出圖30至圖35所示的結果。圖30是表示柱205的水平力Q和位移遲滯的包絡線。圖31是表示柱205的水平位移、垂直位移、水平力的關系圖，圖33是表示柱205的復原力特性的關系圖。
圖30的橫軸表示柱205的水平位移δh(239)、縱軸表示水平力Q(剪切力227)。圖32的橫軸表示柱205的水平位移δh(239)和位移角、縱軸表示水平力Q(剪切力227)。
圖30中，未對柱205用帶狀增強材料201增強的場合的包絡線為無增強243a曲線、增強場合的包絡線為有增強243b的曲線。有增強243b所示的包絡線是圖32所示的遲滯回線253中與阪神大地震相當的255a、與阪神大地震的2倍相當的255b、與阪神大地震的3倍相當的255c、與阪神大地震的5倍相當的255d等的點的包絡線。
圖31的橫軸表示水平位移δh(239)、向上的縱軸表示水平力Q(剪切力227)、下向的縱軸表示垂直位移δv(241)。無增強243a、有增強243b與圖30的無增強243a、有增強243b所示的是同樣的包絡線。無增強245a表示未用帶狀增強材料增強的柱205的垂直位移δv的曲線、有增強245b表示用帶狀增強材料201(聚酯帶199)增強的柱205的垂直位移δv曲線。
如圖30、圖31所示，設無增強243a的場合的最大水平力為Qmax1、有增強243b的場合的最大水平力Qmax2、最小水平力Qmin時，由實驗數據可知，無增強243a的場合的最大水平力為Qmax1＝17.5tf。同時，有增強243b的場合的最大水平力為Qmax2＝18tf、最小水平力為Qmin＝7tf。
圖31中，表示無增強的柱205的水平力Q的無增強243a的線、表示垂直位移δv的無增強245a的線，從水平力Q達到Qmax1的時刻開始急劇下降。這便證明上述假設，即，就增強柱205而言，在從對應于Qmax2的水平位移開始到對應于Qmin的水平位移的區域內，通過用帶狀增強材料201(聚酯帶199)的增強效果承擔多半的剪切力。
有增強243b中的最小水平力Qmin的實驗數據比用圖28、圖29的模型的計算值9tf小也可認為是實驗有誤差的同時，由于循環載荷和變形，柱205的混凝土面和帶狀增強材料201(聚酯帶199)的粘結面的強度下降。最大剪切力Qmax2與計算值18tf基本相等。
如圖29所示，在柱205的水平位移δh為位移振幅δhc247時，表示水平力Q的有增強243b的曲線上有水平力折點249、表示垂直位移δv有增強245b的曲線上有垂直位移折點251。位移振幅δhc247是如圖32所示的遲滯回線253中與兵庫縣南部地震3倍相當的255c附近的水平位移δh，即約為140mm(變形角為0.15rad)。
圖33是表示柱205的累積水平位移∑δh和遲滯吸收能W的關系圖。圖34是圖33的詳細圖。圖33中的橫軸表示水平累積位移∑δh、縱軸表示遲滯吸收能W。
圖33、圖34的橫軸所示的累積水平位移∑δh用下面的公式計算。其中，i是數據記錄的步驟數、n是當前的步驟數。并且，累積水平位移∑δh是作為表示圖51所示的遲滯回線253上的位置的指標計算的。
Σδh=Σi=1n|δhi+1-δhi|---(27)]]>縱軸所示的遲滯吸收能W用下面的公式計算。遲滯吸收能W是水平力Q，即剪切力227所作的功。
W＝∫Qdδh(28)如果結構物的某柱205承受的軸向力229為P，用重力加速度g，則與此對應的質量m由m＝P/g表示。因此，輸入結構物的、直到振動結束為止所消耗的能量中，用地震的速度響應譜Sv，作用于柱205上的剪切力227所作的功E近似地用下面的公式表示。
E＝0.5(P/g)Sv2(29)圖33所示的遲滯吸收能257的曲線表示由圖51所示的實驗結果的遲滯回線253用公式(28)計算的遲滯吸收能。與阪神大地震相當的259a及與阪神大地震5倍相當的259b的直線所表示的值是為與遲滯吸收能257的曲線進行比較用公式(29)算出的值。同樣，圖34進一步地表示了用公式(29)算出的與阪神大地震2倍相當的259c、與阪神大地震3倍相當259d的值。當使用公式(29)時，速度響應譜用固有周期為0.3秒的神戶海洋氣象臺記錄的值Sv＝90cm/s。
圖35是表示用公式(27)算出的累積水平位移∑δh和垂直位移δh的關系圖。圖35的橫軸表示水平累積位移∑δh、縱軸表示垂直位移δh(241)。如圖31的說明所述的那樣，水平位移振幅δhc247、即約為140mm時，有垂直位移折點251，這時，累積水平位移∑δh約為1500mm。如圖35所示，直至垂直位移折點251的累積位移約為1500mm，垂直位移δh小于或等于5mm(應變為0.5％)。
從該實驗可說明以下事實。
①對原來增強困難的低強度混凝土(135kgf/cm2)發揮增強效果。
②從應變小的范圍至大變形連續地發揮增強效果。
③圖31所示的有增強243b的曲線上，確認對水平力的2個折點(Q＝Qmax2的點、和Q＝Qmin的點，即水平力折點249)。
④圖31所示的有增強245b的曲線上，確認對垂直位移的1個折點(垂直位移折點251)。這與③中所述的水平力折點249(Q＝Qmin)相對應。另外，垂直位移折點251是轉變點，即，因循環載荷的作用混凝土受到累積損傷、混凝土強度下降，帶狀增強材料201(聚酯帶199)和柱205的混凝土面的粘結強度τ下降，裂紋寬217超過臨界dmax，公式(21)至公式(26)的機理不再成立，從而，柱205的截面形狀開始變化，并向產生大軸向變形機理轉變的轉變點。
⑤直至達到水平力Q的第2折點，即達到Q＝Qmin時的水平折點249，也就是直至垂直位移δv達到垂直位移折點251時，垂直位移δh(柱205的軸向收縮)為0.5％以下，實用中是在結構物能夠在地震后再利用的許用范圍內。
⑥無增強的場合(圖30、圖31所示的無增強243a、245a的場合)中，與阪神大地震相當的遲滯吸收能以前的垂直位δv移急劇擴大，可認為是結構遭到破壞。
⑦增強的場合，圖33、圖34所示的遲滯吸收能257在直至達到與阪神大地震約2.5倍相當的遲滯吸收能時，垂直位移δv在0.5％以下，實用中是結構物能在地震后再利用的許用范圍內。
⑧在增強的場合，如圖35所示，超過與阪神大地震約2.5倍相當的遲滯吸收能(累積水平位移∑δh約為1500mm)時，垂直位移δv慢慢地擴大。但是，如圖50、圖32所示，由于水平屈服強度上升、每1循環的吸收能增加，從而，防振效果提高，具有防止大破壞的效果。
如圖30至圖35的實驗結果所示，用聚酯帶199等的帶狀增強材料201直接粘結在上述柱205等的構件上的方法從裂紋215發生后的小變形到大變形都會連續地發揮增強效果。
原來對構件進行卷立增強的場合，為了防止裂紋的發生，雖其特征是將具有與構成構件的主要力學參素的剛性相等或以上剛性的碳纖維、卷狀鋼板等的增強材料料直接用樹脂粘貼在構件表面，但對于在該柱205等的構件上直接粘結聚酯帶199等的帶狀增強材料201的增強結構，不是要抑制構件表面的裂紋215的發生，而是通過將裂紋寬217抑制在例如2mm左右的有效的值內來控制構件的性能下降，并維持結構物的使用性和安全性。
采用聚酯帶199等剛性較大的材料直接粘結在構件表面上的方法，是以在伴隨有限裂紋215的變形的范圍內提高保持構件形狀效果為目的的。如公式(21)～公式(24)所示，這一效果與增強材料周向的剛性成比例地提高，并且受到構件表面和增強材料間傳遞的剪切力的大小的限制。因此，通過構件和剛性大的增強材料的直接粘結能夠提高該效果。
還有，實施例9中使用的帶狀增強材料201并不限于聚酯帶199。可以使用具有同等強度、剛性的任意的材質。
此外，就該增強結構而言，使用通過控制裂紋寬217的增大、抑制構件的表觀的體積膨脹的方法，設計出了抑制形狀變化和軸向應變的機理，用理論公式和實驗進行了證明，在今后的實用上意義很大。
下面，對提高有凹凸的構件、及構件和構件的接合部的增強效果的增強結構進行說明。圖36是表示在柱261和梁263的接合部設置連接用增強材料269a、269b的狀態的立體圖。柱261的左右的側面265b與梁263接合。
柱261和梁263的接合部首先用2片片狀的連接用增強材料269a和4片連接用增強材料269b進行增強。連接用增強材料269a是片狀的增強材料，將柱261的側面265b和梁263的側面267a的接合部覆蓋地進行粘結。連接用增強材料269a的中央部與鄰接柱261的側面265a的左右的側面265b粘結，兩端部與梁263的側面267a粘結。
連接用增強材料269b是片狀的增強材料，將柱261的側面265b與梁263的側面267b的接合部覆蓋地進行粘結。連接用增強材料269a、269b是例如纖維絲、橡膠系等的具有高延展性和高彎曲性的片材。
連接用增強材料269a、269b也可以不是片狀的增強材料，用是使用聚酯帶199等的帶狀增強材料。即使在使用片材、帶狀增強材料的任一一種的場合，連接用增強材料269a、269b的厚度、寬度、長度等設定為與必須的增強量相當的尺寸。
將連接用增強材料269a、269b與柱261和梁263粘結的方法既可是臨時固定，也可采用所需強度的粘結。一般地，構件和構件的接合部的變形大大地左右結構物的位移振幅，因此，考慮到用后述的圖40的步驟309所示的方法確定增強量時，采用后者比較實用。
圖37是表示在柱261和梁263的接合部設置帶狀增強材料271a、271b的狀態的立體圖。圖37中，要覆蓋如圖36所示設置的連接用增強材料269a、269b而設置了一根帶狀增強材料271a和2根帶狀增強材料271b。帶狀增強材料271a在粗的構件，即柱261的周圍設置。帶狀增強材料271a斜向地跨過柱261和梁263的接合部，在接合部的上方和下方連續地盤繞。帶狀增強材料271b設置上細的構件，即梁263的周圍。帶狀增強材料271b在與柱261的左右接合的梁263上分別獨立地盤繞。
循環使用該方法直至將增強量增加到必須的量。圖37中將帶狀增強材料271a、271b設置兩層，在柱261和梁263的接合部斜著交叉。
在將帶狀增強材料271a、271b向柱261、梁263粘結時，采用獲得強度的粘結。圖38是表示設置有連接用增強材料269b等的柱261和梁263的接合部的截面圖。片狀的連接用增強材料269b上，盤繞有帶狀增強材料271a、271b。柱261及梁263和片狀連接增強材料269b、連接用增強材料269b和帶狀增強材料271a、271b以通過粘結面的剪切抵抗來傳遞相互的張力的方式粘結。柱261及梁263和連接用增強材料269a、連接用增強材料269a和帶狀增強材料271a、271b也以同樣的方式粘結。
另外，根據需要可在柱261的周圍盤繞增強材料273a、而在梁263的周圍盤繞增強材料273b。增強材料273a、273b是具有伸展性的片材或帶狀材料。
該增強結構中，在柱261和梁263的接合部設有連接用增強材料269a、269b，從而提高構件間的增強效果。進而，通過在粗的構件、即柱261上斜著交叉纏有帶狀增強材料271a，并跨過接合部盤繞，或者在柱261及梁263的周圍多層地盤繞帶狀增強材料271a、271b，以確保必須的增強量。
雖然圖36、圖37表示的是十字型的接合部，但對于T型等的接合部也可用同樣的方法施工。進而，不限于柱和梁的組合，對其它構件彼此的接合部的增強也有效。另外，也可與用切口及孔的方法共同使用。這對水泥制厚板和梁、壁和梁等厚度及形狀差別較大的構件間的接合部的增強特別有效。
還有，在只用帶狀增強材料271a、271b就可得到足夠的增強量的場合，也可省略連接用增強材料269a、269b。
在上述的增強結構中，對將具有高延展性及高彎曲性，即具有伸展性的材料等作為增強材料通過粘結劑固定等設置在構件、母材等的表面、內部等，通過約束表觀的體積膨脹，控制構件的形狀變化、損傷等的結構物的增強結構進行了說明。
在采用聚酯片等廉價、加工及粘結容易的材料作為增強材料的場合，這些增強材料的楊氏模量是混凝土的1/10、是鋼的1/100左右。因此，以鋼筋混凝土中的鋼筋這樣的形式，在應變極小的彈性范圍內直接分擔作用于構件上的一部分載荷的效果與上述的楊氏模量的比成比例、但極小。
然而，由于循環載荷的作用，主要構成構件的鋼及混凝土等的材料或者屈服、或者產生裂紋，在開始塑性變形以后，由于構件的剛性下降，可得到顯著的增強效果。即，構成構件的混凝土等的材料經粒狀體變成粉狀體，在鋼或者發生大塑性變形或者斷裂以后，也使其保持成一體、并且還能發揮對軸向力的支持能力、對彎曲及剪切等的外力的抵抗能力。
增強的構件在保持剛性的同時，由于能夠在上述連續的循環變形過程中吸收大量的能量，從而能夠防止由地震等的突發性外力導致的結構物的破壞。
圖41是表示因循環載荷作用增強構件的累積變形和遲滯吸收能的關系圖。橫軸表示累積變形，縱軸表示遲滯吸收能。構件在伴隨有限裂紋而變形期間，由于受到循環的外力作用，構成構件的材料發生局部性的破壞。由此，與之相應地，構件和增強材料間傳遞的剪切力下降，因此，增強效果也下降，同時保持構件形狀的效果也降低。可以用外力所作的功，即遲滯吸收能來計算構成受循環載荷作用的構件的材料的破壞。
對應于材料的種類和量存在有某種界限(稱為形狀保持界限能275)，由于超過此界限時材料就變成粒狀體狀態，從而，構件的形狀開始顯著地變化。用本發明的方法增強的構件，其截面接近于圓形、整體形狀接近于連接球的形狀。
如圖41所示，本發明的增強結構的特征是，可對應于大范圍的能量區域和變形區域提高增強效果。進而，在抗震構件中采用本發明的方法等的場合，在將形狀變化抑制到最小、并保持剛性的同時，能夠吸收將與裝置的體積相當的材料幾乎完全粉碎的能量。這對作為抗震構件是極為有效的方法。進而，混入特殊的充填材料，通過利用上述過程中外力作功所產生的熱等的能量在內部對材料進行增強，可進一步地提高抗震效果。
接下來，對上述纖維系的片狀增強材料和帶狀增強材料，采用浸漬樹脂的增強材料場合的增強結構進行說明。圖42是表示浸漬樹脂的增強材料料及未浸漬樹脂的增強材料料的拉伸應力應變關系圖。縱軸表示張力、橫縱表示延伸應變(％)。
浸漬樹脂場合277的曲線表示在聚酯制的片狀織布中浸漬環氧樹脂并在樹脂硬化后進行的拉伸試驗的應力應變關系。未浸漬場合279的曲線表示同樣的片狀織布中不浸漬樹脂的拉伸試驗的應力應變關系圖。
圖42中，比較浸漬樹脂場合277和未浸漬場合279的曲線可知通過浸漬樹脂，在應變0％至約3％的范圍內，剛性即曲線的切線斜度顯著地變大，并且可在應變較大的范圍內雖變形但不發生斷裂。還有，即使用圖22所示的聚酯帶199等的聚酯制的帶狀材料，也可得到同樣的試驗結果。
圖42所示的試驗結果表示在浸漬樹脂場合277，通過使用以聚酯纖維織成的片或帶狀的材料浸漬樹脂，在應變較小的范圍內有樹脂約束纖維的變形的效果，與不浸漬場合279相比剛性有所增加。并且還表示當變形變大時，在浸漬樹脂場合277，在纖維并未發生大的破損下喪失了上述的效果，但直至15％以上的大應變能夠保持變形性能。
這樣，通過采用浸漬樹脂的增強材料料，用單一種類的材料在應變較小的范圍內能夠提高抑制變形的效果，并且，在應變較大的范圍內能夠獲得承受載荷的效果。
可按如下進行上述的增強材料的設計。
如上所述，由于增強結構的力學性質(外力和變形的關系)由以下的量來決定，因而，計算這些量和由增強對象結構物的信息計算增強對象結構物的性能，便能夠進行增強結構的設計。
1)增強材料的厚度t2)增強材料的楊氏模量Ef3)增強材料的斷裂應變εfb4)固定結構屈服時增強材料的應力σfmax5)增強材料設置形狀(增強材料彼此閉合(圖1)、或不閉合(圖3))
6)增強材料設置范圍(不閉合的場合)約束長用b表示7)剝離臨界延伸率δ1確定固定結構屈服時增強材料的應力8)約束長b和平均固定強度τf或者9)固定結構的界面剝離能量Gf此外，SRF增強結構的間隙寬和增強材料張力的關系如圖44所示。即，間隙寬從零開始擴大時，固定區間的增強材料伸長，由此產生增強材料張力。間隙上的增強材料的伸長量達到δ1時，開始固定結構的解除，產生自由長a(圖44)。由粘結進行的固定場合中，當從間隙至非常遠處都被粘結時，只要伴隨間隙寬的擴大約束長(從間隙至固定力不是零的點的距離)能夠擴大，固定力就基本保持一定(圖45)。這便是圖45的A點至B點。此后，固定長(s＝b-a)減少，增強材料的張力也減少。這便是B點至C點。根據公式(1)至公式(4)所示的理論，增強材料的張力達到最大值的一半時，粘結立即解除。然而，在增強材料為閉合、或構件的轉角等處有形狀約束的場合，固定力被保持，并直到增強材料達到斷裂應力(對應于斷裂應變εfb的應力)，增強材料的張力與間隙寬成比例地增大(C點至D點)。
可求出增強材料的張力和構件的復原力的關系，例如，對棒狀構件的場合用公式(9)～公式(10)所示的理論、或可從實驗求出。并且，增強材料張力達到最大值時增強材料的伸長量δ1是粘結解除的臨界(增強材料張力達到σfmax)的時刻增強材料固定區間內應變的積分，增強材料的楊氏模量越大該值越小。公式(1)～公式(4)所示的理論中將其忽略。
增強材料的最大張力也可以由公式(4)作為將約束長和平均粘結強度的積除以增強材料的厚度所得值而求出。但是，增強材料環繞構件的場合，當在較大的范圍內設置增強材料時，有時不能明確地把握約束長。當采用以公式(101)的界面剝離能量來確定增強材料最大張力的方法時不會出現這一問題。
σfmax=2EfGft---(101)]]>其中，所謂的界面剝離能量如圖44所示，是使較薄的彈性體從母材間的單位面積的粘結界面剝離所需要的能量，從剝離試驗結果所得的該彈性體上產生的最大張力σfmax和該彈性體的厚度t及楊氏模量Ef，用公式(102)可計算出該值。
Gf=t2Efσfmax2---(102)]]>公式(101)是就σfmax解公式(102)的公式。
在對鋼筋混凝土制構件進行SRF增強的場合的設計時，利用SRF增強材料在如圖45所示表觀上的σfmax處屈服，通過用界面剝離能量等將SRF增強材料的增強效果換算成鋼筋進行計算，就可引用現有的對于鋼筋混凝土構件的設計的計算公式(公式(103))。但是，由于與鋼筋相比，SRF增強材料的楊氏模量較小，可能有設計臨界狀態時的間隙寬達不到圖44及圖45所示的剝離臨界延伸率δ1的場合，因此，有必要用實驗等來確認δ1在設計極限內產生，或注意對增強材料的應力設置限制等。
例如，在對圖7所示的棒狀鋼筋混凝土構件以環繞粘結設置的SRF增強材料進行設計的場合，增強后的相當剪切增強材料鋼筋量Pwf的計算如下。
pwf=pw+2tbmσfmaxσsy---(103)]]>其中，t為增強材料厚度、bm為構件截面的寬度。Pw是增強構件的剪切增強鋼筋比、σsy為鋼筋的屈服應力。并且，增強材料最大張力σfmax雖由公式(101)算出，但增強材料應力設定為不超過與增強材料應變為1％的對應值。
上述表觀的屈服應力(公式101及公式102中的σfmax)是增強材料的固定解除為止可承擔的最大應力(圖45)，由增強材料的楊氏模量Ef、界面剝離能量Gf和增強材料厚度用公式(101)進行計算。該公式中，表觀屈服應力與厚度的平方根成反比例的減少，因此，增強材料厚度雖簡單，但可通過反復計算求出。
以上，雖參照附圖對本發明的結構物的增強結構、增強方法、抗震結構、抗震方法、增強材料等的優選實施例進行了說明，但本發明并不限于上述的例子。如果是本領域技術人員，在申請公開的技術思想范疇內能想到各種變更例或修正例這一點是清楚的，關于這些當然被認為是屬于本發明的技術范圍。
權利要求
1.一種增強材料，是通過織造而具有高延展性及高彎曲性的織造體，設置在結構物構件或構件邊界部的表面或內部，對上述構件進行增強，其特征在于上述織造體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為1％以上。
2.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/2至1/20。
3.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/5至1/10。
4.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的楊氏模量是500～50000Mpa。
5.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的楊氏模量是1000～10000Mpa。
6.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的厚度是0.2～20mm。
7.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的厚度是0.5～15mm。
8.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的厚度是1～10mm。
9.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于構成上述織造體編成體的絲的材料是聚酯。
10.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于上述織造體的彎曲變形角度為大于或等于90度，剪切變形角度為大于或等于2度。
11.如權利要求1所述的增強材料，其特征在于通過熱定形使臨界狀態的楊氏模量比即將斷裂前的楊氏模量大。
12.如權利要求11所述的增強材料，其特征在于上述臨界狀態的延伸應變是在0.1％至10％的范圍內的值。
13.一種增強材料，其是由具有高延展性及高彎曲性的橡膠系或樹脂系的彈性材料形成的帶狀體或片狀體，設置在結構物的構件或構件的邊界部的表面或內部，對上述構件進行增強，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。
14.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/2至1/20。
15.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/5至1/10。
16.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是500～50000Mpa。
17.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是1000～10000Mpa。
18.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的厚度是0.2～20mm。
19.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的厚度是0.5～15mm。
20.如權利要求13所述的增強材料，上述帶狀體或片狀體的厚度是1～10mm。
21.如權利要求13所述的增強材料，其特征在于上述帶狀體或片狀體的彎曲變形角度為大于或等于90°，剪切變形角度為大于或等于2°。
22.一種結構物的增強結構，其特征在于通過將增強材料固定在構成結構物的構件的至少1種材料構成的母材的表面或內部，或者固定在構件的邊界部的表面或內部，對該構件進行增強；該增強材料由通過織造而具有高延展性及高彎曲性的織造體構成，該織造體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且拉伸斷裂應變為10％以上。
23.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于預先求出將來會在上述構件上產生的間隙的寬度、長度，使該求出的間隙處在約束有效范圍內將上述增強材料固定在上述構件上。
24.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/2至1/20。
25.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/5至1/10。
26.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的楊氏模量是500～50000Mpa。
27.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的楊氏模量是1000～10000Mpa。
28.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的厚度是0.2～20mm。
29.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的厚度是0.5～15mm。
30.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述織造體的厚度是1～10mm。
31.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于構成上述織造體的絲的材料是聚酯。
32.如權利要求31所述的增強結構，其特征在于上述織造體的彎曲變形角度為大于或等于90°，剪切變形角度為大于或等于2°。
33.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于通過熱定形使臨界狀態的楊氏模量比即將斷裂前的楊氏模量大。
34.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述臨界狀態的延伸應變是在0.1％至10％的范圍內的值。
35.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述母材含有以下至少一種材料(1)混凝土；(2)鋼筋；(3)磚；(4)預制件；(5)石膏板；(6)木材；(7)巖石；(8)土；(9)砂；(10)樹脂；(11)金屬；
36.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于上述固定用粘結劑進行。
37.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于在上述增強材料或構件上涂敷的粘結劑層的厚度是增強材料的厚度的5～90％。
38.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于上述粘結劑層的厚度是增強材料的厚度的20～40％。
39.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于上述固定是通過粘結劑層將增強材料設置在上述構件上后，通過施加按壓力或打擊力進行，這時，雖然粘結劑一部分進入增強材料內，但此后的增強材料部分的空隙率為1.1以上。
40.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于粘結強度低于上述構件的強度。
41.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于上述粘結劑是單質性無溶劑粘結劑。
42.如權利要求36所述的增強結構，其特征在于粘結強度是涂敷粘結劑的構件的表面的剝離剪切斷裂強度的10～80％。
43.如權利要求22所述的增強結構，其特征在于不進行構件倒角加工、打磨(フクリ)調整，而進行增強材料對構件的固定。
44.一種結構物的增強結構，其特征在于通過將增強材料固定在由構成結構物的構件的至少1種材料構成的母材的表面或內部，或者固定在構件的邊界部的表面或內部，對該構件進行增強；該增強材料由具有高延展性及高彎曲性的橡膠系或樹脂系的彈性材料形成的帶狀體或片狀體構成，該帶狀體或片狀體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且拉伸斷裂應變為10％以上。
45.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于預先求出將來會在上述構件上產生的間隙的寬度、長度，使此求出的間隙處在約束有效范圍內將上述增強材料固定在上述構件上。
46.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/2至1/20。
47.如權利要求46所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/5至1/10。
48.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是500～50000Mpa。
49.如權利要求44所述的增強結構，上其特征在于上述帶狀體或片狀體的楊氏模量是1000～10000Mpa。
50.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的厚度是0.2～20mm。
51.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的厚度是0.5～15mm。
52.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的厚度是1～10mm。
53.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述帶狀體或片狀體的彎曲變形角度為大于或等于90°，剪切變形角度為大于或等于2°。
54.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述母材含有以下至少一種材料(1)混凝土；(2)鋼筋；(3)磚；(4)預制件；(5)石膏板；(6)木材；(7)巖石；(8)土；(9)砂；(10)樹脂；(11)金屬；
55.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述固定用粘結劑進行。
56.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于在上述增強材料或構件上涂敷的粘結劑層的厚度是增強材料的厚度的5～90％。
57.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述粘結劑層的厚度是增強材料的厚度的20～40％。
58.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述固定是通過粘結劑層將增強材料設置在上述構件上后，通過施加按壓力或打擊力進行，這時，雖然粘結劑一部分進入增強材料內，但此后的增強材料部分的空隙率為1.4以上。
59.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于粘結強度低于上述構件的強度。
60.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于上述粘結劑是單質性無溶劑粘結劑。
61.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于粘結強度是涂敷粘結劑的構件的表面的剝離剪切斷裂強度的10～80％。
62.如權利要求44所述的增強結構，其特征在于不進行構件倒角加工、打磨(フリク)調整，而進行增強材料對構件的固定。
63.一種增強材料的設計方法，是用來確定增強材料的厚度的增強材料的設計方法，其特征在于由上述增強材料的表觀屈服應力計算上述增強材料的厚度；上述增強材料是通過織造而具有高延展性及高彎曲性的造織體，是設置在結構物的構件或構件邊界部的表面或內部的、對上述構件進行增強的材料，上述織造體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。
64.一種增強材料的設計方法，是用來確定增強材料的厚度的增強材料的設計方法，其特征在于由上述增強材料的表觀屈服應力計算上述增強材料的厚度；上述增強材料是具有高延展性及高彎曲性的橡膠系或樹脂系的彈性材料形成的帶狀體或片狀體，是設置在結構物的構件或構件邊界部的表面或內部的、對上述構件進行增強的材料，上述帶狀體或片狀體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。
全文摘要
本發明涉及結構物的增強材料、增強結構及增強材料的設計方法。本發明的增強材料，是通過織造而具有高延展性及高彎曲性的織造體或帶狀材或片狀體，設置在結構物的構件或構件邊界部的表面或內部，對上述構件進行增強。上述織造體或帶狀材或片狀體的楊氏模量小于或等于上述構件的楊氏模量，并且其拉伸斷裂應變為10％以上。上述增強材料的楊氏模量是上述構件的楊氏模量的1/2至1/20，特別優選1/5至1/10。具體說來，其值是500～50000MPa，特別優選拔1000～10000MPa。本發明的增強結構是采用上述增強材料對結構物的構件進行增強的增強結構。本發明的設計方法是用來確定增強材料的厚度的增強材料的設計方法。
文檔編號E04C5/07GK1558980SQ0281877
公開日2004年12月29日 申請日期2002年9月25日 優先權日2001年9月25日
發明者五十嵐俊一 申請人:構造品質保證研究所株式會社